The influence of a biased divertor target system on Edge Localized Mode (ELM) dynamics is investigated for the first time in the HL-3 tokamak, focusing on the impact of bias-driven scrape-off layer (SOL) helical currents on three-dimensional (3D) magnetohydrodynamic (MHD) equilibria and instabilities. In a designed 1.6 MA H-mode discharge scenario, the applied SOL currents are modeled as filamentary currents aligned with magnetic field lines near the separatrix, and the resulting 3D perturbed magnetic fields are computed using Biot–Savart law. Nonlinear resistive equilibrium simulations with the HINT code show that the bias-driven currents significantly alter the pressure distribution and magnetic topology near resonant rational surfaces and in the edge stochastic layers, particularly in the pedestal region. Subsequent 3D nonlinear MHD instability analysis using the MIPS code reveals that the growth rate of edge instabilities systematically decreases with increasing SOL current, with a marked reduction observed at 1 kA. Additionally, nonlinear interactions between the external perturbations and intrinsic ballooning modes lead to a redistribution of the mode energy. These results demonstrate the potential of divertor biasing as a viable technique for ELM control in HL-3, offering a promising strategy for controlling edge instabilities and managing heat flux distribution in mega-ampere plasma current H-mode scenarios.
バイアスを印加したダイバータターゲットシステムが周辺局在モード(ELM)ダイナミクスに及ぼす影響を、HL-3トカマクにおいて初めて調査し、バイアス駆動スクレイプオフ層(SOL)ヘリカル電流が三次元(3D)電磁流体力学(MHD)平衡および不安定性に及ぼす影響に焦点を当てた。設計された1.6 MA Hモード放電シナリオにおいて、印加されたSOL電流は、セパラトリックス近傍の磁力線に沿って整列したフィラメント電流としてモデル化され、結果として生じる3D摂動磁場はビオ・サバールの法則を用いて計算される。HINTコードを用いた非線形抵抗性平衡シミュレーションは、バイアス駆動電流が、共鳴有理面近傍および端部確率層、特にペデスタル領域における圧力分布と磁気トポロジーを有意に変化させることを示す。MIPSコードを用いたその後の3D非線形MHD不安定性解析により、端部不安定性の成長率はSOL電流の増加に伴って系統的に減少し、1 kAで顕著な低減が観察されることが明らかになった。さらに、外部摂動と固有バルーニングモードとの間の非線形相互作用は、モードエネルギーの再分布をもたらす。これらの結果は、ダイバータバイアスがHL-3におけるELM制御のための有効な手法となり得ることを実証しており、メガアンペアプラズマ電流Hモードシナリオにおける端部不安定性の制御および熱流束分布の管理のための有望な戦略を提供する。