Two important topics for tokamak edge-localized modes (ELM) control, based on non-axisymmetric (3D) magnetic perturbations, are studied in NSTX and combined envisioning ELM control in the future NSTX-U operation: experimental observations of the edge harmonic oscillation (EHO) in NSTX (with lower frequency than EHOs in DIII-D and elsewhere), and theoretical study of its external drive using the high-harmonic fast wave (HHFW) antenna as a 3D field coil. EHOs were observed particularly clearly in NSTX ELM-free operation with very low n core modes. A number of diagnostics have confirmed n = 4–6 edge-localized and coherent oscillations in the 2–8 kHz frequency range. These oscillations seem to have a favoured operational window in rotational shear, similar to EHOs in DIII-D quiescent H modes. However, in NSTX, they are not observed to provide significant particle or impurity transport, possibly due to their weak amplitudes, of a few mm displacements, as measured by reflectometry. The external drive of these modes has been proposed in NSTX, by utilizing audio-frequency currents in the HHFW antenna straps. Analysis shows that the HHFW straps can be optimized to maximize n = 4–6 while minimizing n = 1–3. Also, ideal perturbed equilibrium code calculations show that the optimized configuration with only 1 kAt current can produce comparable or larger displacements than the observed internal modes. Thus it may be possible to use externally driven EHOs to relax the edge pressure gradient and control ELMs in NSTX-U and future devices. Fine and external control over the edge pressure gradient would be a very valuable tool for tokamak control.
トカマク端部局在モード（ELM）制御のための非軸対称（3D）磁気摂動に基づく2つの重要なテーマがNSTXにおいて研究され、将来のNSTX-U運転におけるELM制御を見据えて組み合わせて検討されている：NSTXにおけるエッジ高調波振動（EHO）の実験的観測（DIII-Dや他の装置におけるEHOよりも低い周波数を持つ）、および高調波高速波（HHFW）アンテナを3D磁場コイルとして用いたその外部駆動の理論的研究である。EHOは、特に低いnのコアモードを伴うNSTXのELMフリー運転において特に明確に観測された。複数の計測器により、2〜8 kHzの周波数範囲におけるn = 4–6の端部局在かつコヒーレントな振動が確認されている。これらの振動は、DIII-Dの静止HモードにおけるEHOと同様に、回転シアに関して好ましい運転窓を持つようである。しかしNSTXでは、反射計で測定された数mmの変位という弱い振幅のためか、有意な粒子または不純物輸送を提供することは観測されていない。これらのモードの外部駆動がNSTXにおいて提案されており、HHFWアンテナストラップに可聴周波数電流を利用するものである。解析により、HHFWストラップはn = 1–3を最小化しながらn = 4–6を最大化するように最適化できることが示されている。また、理想摂動平衡コード計算により、わずか1 kAtの電流を持つ最適化構成が、観測された内部モードと同等以上の変位を生成できることが示されている。したがって、外部駆動されたEHOを用いて端部圧力勾配を緩和し、NSTX-Uおよび将来の装置においてELMを制御することが可能かもしれない。端部圧力勾配の精密かつ外部からの制御は、トカマク制御にとって非常に貴重なツールとなるであろう。