Stabilizing modes that limit plasma beta and reduce their deleterious effect on plasma rotation are key goals for the efficient operation of a fusion reactor. Passive stabilization and active control of global kink/ballooning modes and resistive wall modes (RWMs) have been demonstrated on NSTX and research is now advancing towards understanding the stabilization physics and reliably maintaining the high beta plasma for confident extrapolation to ITER and a fusion component test facility based on the spherical torus. Active n = 1 control experiments with an expanded sensor set, combined with low levels of n = 3 field phased to reduce error fields, reduced resonant field amplification and maintained plasma rotation, exceeded normalized beta = 6 and produced record discharge durations limited by magnet system constraints. Details of the observed RWM dynamics during active control show the mode being converted to a rotating kink that stabilizes or saturates and may lead to tearing modes. Discharges with rotation reduced by n = 3 magnetic braking suffer beta collapse at normalized beta = 4.2 approaching the no-wall limit, while normalized beta greater than 5.5 has been reached in these plasmas with n = 1 active control, in agreement with the single-mode RWM theory. Advanced state-space control algorithms proposed for RWM control in ITER theoretically yield significant stabilization improvements. Values of relative phase between the measured n = 1 mode and the applied correction field that experimentally produce stability/instability agree with RWM control modelling. Experimental mode destabilization occurs over a large range of plasma rotation, challenging the notion of a simple scalar critical rotation speed defining marginal stability. Stability calculations including kinetic modifications to the ideal MHD theory are applied to marginally stable experimental equilibria. Plasma rotation and collisionality variations are examined in the calculations. Intermediate rotation levels are less stable, consistent with experimental observations. Trapped ion resonances play a key role in this result. Recent experiments have demonstrated magnetic braking by non-resonant n = 2 fields. The observed rotation damping profile is broader than found for n = 3 fields. Increased ion temperature in the region of maximum braking torque increases the observed rate of rotation damping, consistent with the theory of neoclassical toroidal viscosity at low collisionality.
プラズマベータを制限し、プラズマ回転に対するそれらの有害な影響を低減するモードの安定化は、核融合炉の効率的な運転にとって重要な目標である。大域的キンク/バルーニングモードおよび抵抗性壁モード(RWM)の受動的安定化と能動的制御はNSTXで実証されており、研究は現在、安定化物理の理解と、球状トーラスに基づくITERおよび核融合構成機器試験施設への確かな外挿のために高ベータプラズマを確実に維持することへと進んでいる。拡張されたセンサーセットを用いた能動的n=1制御実験は、誤差磁場を低減するように位相調整された低レベルのn=3磁場と組み合わせることで、共鳴磁場増幅を低減し、プラズマ回転を維持し、規格化ベータ=6を超え、磁石システムの制約によって制限される記録的な放電時間を生み出した。能動的制御中に観測されたRWM力学の詳細は、モードが回転キンクに変換され、それが安定化または飽和し、ティアリングモードにつながる可能性があることを示している。n=3磁気制動によって回転が低減された放電は、無壁限界に近づく規格化ベータ=4.2でベータ崩壊を被る一方、これらのプラズマではn=1能動的制御により規格化ベータが5.5を超える値に達しており、これは単一モードRWM理論と一致する。ITERにおけるRWM制御のために提案された高度な状態空間制御アルゴリズムは、理論的に有意な安定化の改善をもたらす。測定されたn=1モードと印加された補正磁場との間の相対位相の値であって、実験的に安定性/不安定性を生じるものは、RWM制御モデリングと一致する。実験的なモード不安定化は広い範囲のプラズマ回転にわたって発生し、周辺安定性を定義する単純なスカラー臨界回転速度という概念に疑問を投げかけている。理想MHD理論への運動論的修正を含む安定性計算が、周辺安定な実験的平衡に適用される。プラズマ回転と衝突率の変化が計算において調べられる。中間的な回転レベルは安定性が低く、実験的観測と一致する。捕捉イオン共鳴がこの結果において重要な役割を果たす。最近の実験では、非共鳴n=2磁場による磁気制動が実証されている。観測された回転減衰プロファイルは、n=3磁場の場合よりも広い。最大制動トルク領域でのイオン温度の上昇は、観測される回転減衰率を増加させ、低衝突率における新古典トロイダル粘性の理論と一致する。