Long-pulse plasma operation at high normalized beta, βN, above the n = 1 ideal MHD no-wall stability limit in KSTAR is presently limited by tearing instabilities rather than resistive wall modes. H-mode plasma operation during the recent KSTAR device campaign produced discharges having strong m/n = 2/1 tearing instabilities at βN lower than the ideal MHD no-wall beta limit. The unstable tearing mode consequently reduced plasma confinement and toroidal plasma rotation significantly. The experiment confirmed that an extended duration of electron cyclotron heating (ECH) at the initial phase of the discharge plays a critical role in mode destabilization. To study destabilizing mechanisms that affect the mode growth, the stability of the observed tearing modes from plasmas with significantly different βN is computed by using the resistive DCON code and the M3D-C1 code employing different physics. The computed tearing stability index, Δ', differs between the mode that is destabilized by the early ECH at lower βN, and the mode that is destabilized at higher βN with observed mode triggering activity. Equilibrium reconstructions that include constraints from internal profile diagnostics are used as input for reliable computation of stability. The modified Rutherford equation (MRE) describing the evolution of the neoclassical tearing mode (NTM) island width has been constructed for KSTAR plasmas by using plasma parameters computed by the TRANSP code. In preparation for long-pulse plasma operation at higher beta utilizing increased plasma heating power, a resistive wall mode (RWM) active feedback control algorithm that includes magnetic sensor compensation of the prompt applied field and the field from the induced current on the passive conductors has been completed and enabled on KSTAR. Use of multiple toroidal sensor arrays is enabled for increased control performance by including the effect of varied mode helicities in the outboard region where the mode measurement is made. This analysis on beta-limiting instabilities and active mode control provides the required foundation for high confinement plasma operation on KSTAR without disruption.
KSTARにおける高規格化ベータβNがn=1理想MHD無壁安定性限界を超えた長時間パルスプラズマ運転は、現在、抵抗性壁モードではなくテアリング不安定性によって制限されている。最近のKSTAR装置キャンペーンにおけるHモードプラズマ運転では、理想MHD無壁ベータ限界より低いβNで、m/n=2/1の強いテアリング不安定性を有する放電が生成された。この不安定なテアリングモードは、その結果としてプラズマ閉じ込めとトロイダル回転を有意に低下させた。実験により、放電初期段階における電子サイクロトロン加熱(ECH)の長時間印加が、モードの不安定化に重要な役割を果たすことが確認された。モードの成長に影響を与える不安定化メカニズムを研究するため、著しく異なるβNを有するプラズマから観測されたテアリングモードの安定性を、異なる物理モデルを採用した抵抗性DCONコードおよびM3D-C1コードを用いて計算した。計算されたテアリング安定性指数Δ'は、低いβNで初期ECHにより不安定化されたモードと、高いβNでモードトリガー活動を伴って不安定化されたモードとで異なる結果を示した。信頼性の高い安定性計算のための入力として、内部プロファイル診断からの制約を含む平衡再構成が使用された。TRANSPコードによって計算されたプラズマパラメータを用いて、KSTARプラズマにおける新古典テアリングモード(NTM)の島幅の時間発展を記述する修正ラザフォード方程式(MRE)が構築された。より高いベータでの長時間パルス運転に向けた準備として、増大した加熱パワーを利用するため、受動導体上の誘導電流による磁場と即時印加磁場の両方に対する磁気センサー補正を含む抵抗性壁モード(RWM)能動フィードバック制御アルゴリズムが完成し、KSTARで有効化された。モード計測が行われる外側領域における多様なモードヘリシティの影響を考慮することで、複数のトロイダル磁気センサーアレイの使用が制御性能向上のために有効化された。ベータ制限不安定性と能動モード制御に関するこの解析は、ディスラプションなしでのKSTAR高閉じ込めプラズマ運転に必要な基盤を提供する。