This paper deals with one of the origins and trigger mechanisms responsible for the observed performance enhancements in the hybrid scenario experiments conducted in Korea Superconducting Tokamak Advanced Research (KSTAR). The major contribution to the performance improvement comes from a broader and higher pedestal formation. The increase of fast ion pressure due to a plasma density decrease also contributes substantially to the global beta. Although the reduced core plasma volume resulting from the pedestal expansion has a negative effect on the core thermal energy, a considerable confinement improvement observed in the inner core region limits the degradation. The one significant characteristic of high-performance discharges is the presence of Coherent Edge-localized Mode (CEM) activity. CEM is triggered during the pedestal recovery phase between typical ELM crashes and has been found to be related to the increase of particle and heat transport. It appears to underlie two commonly observed phenomena in high-performance hybrid scenario discharges in KSTAR; pedestal broadening and continuous density decrease. Despite the associated transport increase, CEM activities can induce performance enhancement. With the pedestal broadening, ELM crashes become delayed and weakened, which, in turn, allows for a higher pedestal. Moreover, the density decrease directly increases fast ion pressure by extending the beam-slowing-down time. The linear gyrokinetic analysis reveals that the increase of fast ions could initiate positive feedback loops, leading to the stabilization of Ion Temperature Gradient mode in the inner core region.
本論文は、韓国超伝導トカマク先進研究装置（KSTAR）で実施されたハイブリッドシナリオ実験において観測された性能向上の原因およびトリガーメカニズムの一つを取り扱う。性能改善への主な寄与は、より広くかつ高いペデスタルの形成によるものである。プラズマ密度減少による高速イオン圧力の増加も、グローバルベータに実質的に寄与する。ペデスタル拡大に伴うコアプラズマ体積の減少はコア熱エネルギーに悪影響を及ぼすが、内部コア領域で観測されるかなりの閉じ込め改善がその低下を抑制する。高性能放電の重要な特徴の一つは、コヒーレント周辺局在モード（CEM）活動の存在である。CEMは典型的なELMクラッシュの間のペデスタル回復位相中に引き起こされ、粒子および熱輸送の増加に関係することが見出されている。これは、KSTARにおける高性能ハイブリッドシナリオ放電で一般的に観測される二つの現象、すなわちペデスタルの広がりと継続的な密度減少の根底にあるように思われる。関連する輸送増加にもかかわらず、CEM活動は性能向上を誘発し得る。ペデスタルの広がりにより、ELMクラッシュは遅延および弱体化され、その結果、より高いペデスタルが可能になる。さらに、密度減少はビーム減速時間を延長することにより、高速イオン圧力を直接増加させる。線形ジャイロ運動論解析により、高速イオンの増加が正のフィードバックループを開始し、内部コア領域におけるイオン温度勾配モードの安定化をもたらす可能性が明らかになる。