High-density operation in reversed shear configurations is a critical requirement for advanced tokamaks, but it is often limited by the inherent susceptibility to double tearing modes (DTM). This paper systematically investigates the interplay between pellet injection and DTM dynamics through three-dimensional nonlinear magnetohydrodynamic (MHD) simulations, revealing that the time of pellet injection during the evolution of the DTM is the decisive factor influencing discharge stability. We find that pellet injection during the linear growth phase is severely detrimental: the localized cooling caused by ablation induces a sharp increase in the resistivity , triggering an accelerated and more violent DTM crash that culminates in an irreversible thermal quench. To overcome this disruption limit, we propose a novel ‘saturation-stage fueling’ strategy. By synchronizing pellet injection with the nonlinear saturation phase, we demonstrate that the intrinsic radial convective flows driven by magnetic reconnection can be harnessed to transport the injected fuel. This convective mixing effectively homogenizes the deposited density, preventing the formation of localized pressure gradients and resistivity spikes that would otherwise lead to disruptions. Notably, this approach yields dual benefits for plasma performance: it ‘softens’ the mode activity by transforming destructive giant sawteeth into benign, high-frequency, low-amplitude oscillations, and it leverages mode-induced transport to inwardly convect fuel. Simulation results confirm that this method facilitates highly efficient internal fueling, enabling the core density to reach levels significantly above the empirical Greenwald limit while maintaining robust plasma confinement. Ultimately, our findings suggest that instead of striving to entirely avoid instabilities, exploiting the intrinsic convective channels of saturated MHD modes may offer a robust pathway toward achieving high-density, steady-state operation in future fusion devices.
反転シア配位における高密度運転は先進トカマクにとって重要な要件であるが、二重ティアリングモード（DTM）に対する固有の感受性によってしばしば制限される。本論文は、三次元非線形磁気流体力学（MHD）シミュレーションを通じて、ペレット入射とDTMダイナミクスの間の相互作用を体系的に調査し、DTMの進展中におけるペレット入射のタイミングが放電安定性に影響を与える決定的要因であることを明らかにする。線形成長段階でのペレット入射は極めて有害であることが見出される。アブレーションによって引き起こされる局所的な冷却は電気抵抗率の急激な上昇を誘発し、加速的でより激しいDTMクラッシュを引き起こして、不可逆的な熱クエンチに至る。このディスラプション限界を克服するために、我々は新規の「飽和段階燃料供給」戦略を提案する。ペレット入射を非線形飽和段階に同期させることにより、磁気リコネクションによって駆動される固有の径方向対流フローを利用して入射燃料を輸送できることを実証する。この対流混合は堆積密度を効果的に均質化し、そうでなければディスラプションにつながる局所的な圧力勾配や抵抗率スパイクの形成を防ぐ。注目すべきことに、この手法はプラズマ性能に対して二重の利点をもたらす。すなわち、破壊的な巨大鋸歯状振動を無害な高周波・低振幅振動に変換することでモード活動を「軟化」させ、さらにモード誘起輸送を活用して燃料を内側に対流輸送する。シミュレーション結果は、この手法が高効率な内部燃料供給を促進し、堅牢なプラズマ閉じ込めを維持しながらコア密度を経験的グリーンワルド限界を有意に上回るレベルに到達させることを確認する。最終的に、我々の知見は、不安定性を完全に回避しようと努力するのではなく、飽和MHDモードの固有の対流チャネルを利用することが、将来の核融合装置における高密度・定常運転の達成に向けた堅牢な経路を提供する可能性があることを示唆する。