According to recent DIII-D experiments (Logan et al 2024 Nucl. Fusion64 014003), injecting edge localized electron cyclotron current drive (ECCD) in the counter-plasma-current (counter-Ip) direction reduces the n = 3 resonant magnetic perturbation (RMP) current threshold for edge-localized mode (ELM) suppression, while co-Ip ECCD during the suppressed ELM phase causes a back transition to ELMing. This paper presents nonlinear two-fluid simulations on the ECCD manipulation of edge magnetic islands induced by RMP using the TM1 code. In the presence of a magnetic island chain at the pedestal-top, co-Ip ECCD is found to decrease the island width and restore the initially degraded pedestal pressure when its radial deposition location is close to the rational surface of the island. With a sufficiently strong co-Ip ECCD current, the RMP-driven magnetic island can be healed, and the pedestal pressure fully recovers to its initial ELMing state. On the contrary, counter-Ip ECCD is found to increase the island width and further reduce the pedestal pressure to levels significantly below the peeling-ballooning-mode limited height, leading to even stationary ELM suppression. These simulations align with the results from DIII-D experiments. However, when multiple magnetic island chains are present at the pedestal-top, the ECCD current experiences substantial broadening, and its effects on the island width and pedestal pressure become negligible. Further simulations reveal that counter-Ip ECCD enhances RMP penetration by lowering the penetration threshold, with the degree of reduction proportional to the amplitude of ECCD current. For the ∼1 MW ECCD in DIII-D, the predicted decrease in the RMP penetration threshold for ELM suppression is approximately 20%, consistent with experimental observations. These simulations indicate that edge-localized ECCD can be used to either facilitate RMP-driven ELM suppression or optimize the confinement degradation.
要約： 最近のDIII-D実験（Loganら 2024 Nucl. Fusion 64 014003）によると、反プラズマ電流（counter-Ip）方向への端部電子サイクロトロン電流駆動（ECCD）の注入は、端部局在モード（ELM）抑制のためのn=3共鳴磁場摂動（RMP）電流しきい値を低下させる一方、ELM抑制相におけるco-Ip方向のECCDはELMingへの逆遷移を引き起こす。本論文では、TM1コードを用いた、RMPによって誘起される端部磁気島に対するECCD操作の非線形二流体シミュレーションを提示する。ペデスタル領域に磁気島鎖が存在する場合、co-Ip方向のECCDは、その半径方向の堆積位置が島の有理面に近いときに、島幅を減少させ、初期に劣化したペデスタル圧力を回復させることが見出された。十分に強いco-Ip方向のECCD電流により、RMP駆動の磁気島は完全に閉塞され、ペデスタル圧力は初期のELMing状態へ完全に回復する。これとは対照的に、counter-Ip方向のECCDは島幅を増大させ、ペデスタル圧力を剥離-バルーニングモードの限界高さを有意に下回るレベルまでさらに低下させ、持続的なELM抑制をもたらすことが見出された。これらのシミュレーション結果はDIII-D実験の結果と一致する。しかしながら、ペデスタル領域に複数の磁気島鎖が存在する場合、ECCD電流は substantial な広がりを受け、島幅とペデスタル圧力に対するその効果は無視できる程度になる。さらなるシミュレーションにより、counter-Ip方向のECCDは、ELM抑制のためのRMP侵入しきい値を低下させることが明らかになった。その低下の程度はECCD電流の振幅に比例する。DIII-Dにおける約1MWのECCDの場合、ELM抑制のためのRMP侵入しきい値の予測低下は約20%であり、実験観測と一致する。これらのシミュレーションは、端部に局在したECCDが、RMPによるELM抑制を促進するか、または閉じ込めの劣化を最適化するために使用され得ることを示している。