We present high-resolution detection and control of the 3D magnetic boundary in the High Beta Tokamak-Extended Pulse (HBT-EP) device. Measurements of non-axisymmetric radial and poloidal fields are made using 216 magnetic sensors positioned near the plasma surface. Control of 3D fields is accomplished using 40 independent saddle coils attached to the passive stabilizing wall. The control coils are energized with high-power solid-state amplifiers, and massively parallel, high-throughput feedback control experiments are performed using low-latency connections between PCI Express analogue input and output modules and a graphics processing unit. The time evolution of unstable and saturated wall-stabilized external kink modes are studied with and without applying magnetic perturbations using the control coils. The 3D dynamic structure of the magnetic field surrounding the plasma is determined through biorthogonal decomposition using the full set of magnetic sensors without the need to fit either a Fourier or a model-based basis. Naturally occurring external kinks are composed of multiple independent helical modes. Smooth transitions between dominant poloidal mode numbers are observed for simultaneous n = 1 and n = 2 modes as the edge safety factor changes. Relative amplitudes of coexistent m/n = 3/1 and 6/2 modes depend on the plasma's major radius and edge safety factor. When stationary 3/1 magnetic perturbations are applied, the resonant response can be linear, saturated, or disruptive, depending upon the perturbation amplitude and the edge safety factor; increased plasma–wall interactions from the perturbed plasma are proposed as a saturation mechanism. Initial feedback experiments have used 40 sensors and 40 control coils, producing mode amplification or suppression, and acceleration or deceleration depending on the feedback phase angle.
我々は、HBT-EP（High Beta Tokamak-Extended Pulse）装置における3次元磁気境界の高分解能検出と制御を提示する。非軸対称の径方向およびポロイダル方向の磁場測定は、プラズマ表面近傍に配置された216個の磁気センサーを用いて行われる。3次元磁場の制御は、受動安定化壁に取り付けられた40個の独立したサドルコイルによって達成される。制御コイルは大電力固体増幅器によって励磁され、PCI Expressアナログ入力・出力モジュールとグラフィックス処理装置（GPU）間の低遅延接続を用いた超並列フィードバック制御実験が実施される。不安定かつ飽和した壁安定化外部キンクモードの時間発展は、制御コイルによる磁場摂動を印加した場合と印加しない場合の両方で研究される。プラズマを取り囲む磁場の3次元動的構造は、フーリエ基底やモデルベースの基底を仮定することなく、全磁気センサーを用いた双直交分解（biorthogonal decomposition）によって決定される。自然に発生する外部キンクモードは、複数の独立したヘリカルモードから構成される。エッジ安全係数が変化するにつれて、同時に励起されるn=1およびn=2モード間で、支配的なポロイダルモード数の滑らかな遷移が観測される。共存するm/n=3/1および6/2モードの相対振幅は、プラズマの主半径とエッジ安全係数に依存する。定常的な3/1磁場摂動を印加した場合、共鳴応答は摂動振幅とエッジ安全係数に応じて、線形応答、飽和、または破壊的応答のいずれかを示す。摂動を受けたプラズマと壁との間の相互作用の増大が、飽和メカニズムとして提案される。初期のフィードバック実験では、40個のセンサーと40個の制御コイルを用いて、フィードバック位相角に応じたモードの増幅または抑制、および加速または減速が実証された。