Disruption caused by locked modes (LMs) is one of the most critical issues to be solved for tokamak fusion reactors. This paper aimed to understand the plasma response to external rotating resonant magnetic perturbations (RMPs), which are applied at a few kilohertz for controlling the pre-existing LMs. In the J-TEXT tokamak, the plasma response to a rotating RMP showed a feature of travelling wave, if no tearing mode (TM) existed. With a LM, the application of a rotating RMP led to unique features of plasma responses, which could be roughly described by the formula δbθ(θ, t) = 2Asin(mθ − mθO)cos(2πfRRMPt), where δbθ, A, m, θO and fRRMP are the perturbed poloidal magnetic field, the amplitude, the poloidal mode number, the poloidal location of the TM's O-point and the frequency of the rotating RMP. These features are analogous to that of a standing wave in the TM rest frame, with the nodes locating at the O-/X- points. The perturbations of electron temperature, Te, due to plasma responses were zero or minimal inside the magnetic island or outside the magnetic island but at the same poloidal positions as the O-/X- points. Both δbθ and the Te perturbations increased linearly with the rotating RMP. A phenomenological model is proposed that the rotating RMP drives the phase oscillation of the TM by applying a periodical electromagnetic torque. Then the phase oscillation of TM, combined with the poloidal gradient of the plasma parameters, induces the plasma response measured experimentally. The nonlinear numerical modelling confirmed the forced phase oscillation of the TM, and qualitatively verified the amplitude and phase dependences among the plasma response, the phase oscillation of the TM and the rotating RMP, which have been predicted by the model.
ロックモード(LM)によって引き起こされるディスラプションは、トカマク核融合炉にとって解決すべき最も重大な問題の一つである。本論文は、既存のLMを制御するために数キロヘルツで印加される外部回転共鳴磁場摂動(RMP)に対するプラズマ応答を理解することを目的とした。J-TEXTトカマクにおいて、回転RMPに対するプラズマ応答は、テアリングモード(TM)が存在しない場合、進行波の特徴を示した。LMが存在する場合、回転RMPの印加はプラズマ応答の特異な特徴をもたらし、それは式 δbθ(θ, t) = 2Asin(mθ − mθO)cos(2πfRRMPt) によっておおよそ記述できた。ここで、δbθ、A、m、θO、fRRMPはそれぞれ、摂動ポロイダル磁場、振幅、ポロイダルモード数、TMのO点のポロイダル位置、回転RMPの周波数である。これらの特徴は、TM静止系における定在波のそれと類似しており、節はO点/X点に位置する。プラズマ応答による電子温度Teの摂動は、磁気島の内部、または磁気島の外部であってもO点/X点と同じポロイダル位置では、ゼロまたは極めて小さかった。δbθとTe摂動の両方は、回転RMPとともに線形に増加した。回転RMPが周期的電磁トルクを印加することによりTMの位相振動を駆動するという現象論的モデルが提案される。そして、TMの位相振動は、プラズマパラメータのポロイダル勾配と組み合わさって、実験的に測定されたプラズマ応答を誘起する。非線形数値モデリングは、TMの強制位相振動を確認し、モデルによって予測されていた、プラズマ応答、TMの位相振動、回転RMPの間の振幅と位相の依存性を定性的に検証した。