This study reports the first experimental demonstration of a radiation front-based detachment control system during the initial tungsten divertor campaign in KSTAR. The system employs real-time infrared video bolometry with tomographic reconstruction to track the inboard radiation-front position, which served as a feedback variable for impurity seeding. In a baseline scenario without pre-D2 fueling, tungsten accumulation triggered core radiation surges and repetitive H–L back transitions. In contrast, with pre-D2 fueling, detachment was stabilized by maintaining higher edge-localized mode frequency, suppressing core tungsten buildup, and reducing sputtering, thereby enabling sustained feedback control. The suitability of the inboard front position as a detachment control metric was confirmed by its correlation with the degree of detachment: with D2 fueling the relation exhibited a broad hysteresis loop characteristic of momentum-loss-dominated detachment, whereas with N2 fueling, it became narrow and nearly vertical, consistent with radiation-loss-dominated pinning. These results provide a proof-of-principle for radiation-front-based detachment control, demonstrating its viability as a control approach. At the same time, these results clarify that the detachment outcomes were further conditioned by impurity transport characteristics of tungsten divertor operation in KSTAR, providing guidance for future scenario optimization and controller development in tungsten devices.
本研究は、KSTARにおける初期タングステンダイバータキャンペーン中に、放射フロントに基づくデタッチメント制御システムの初の実験的実証を報告する。本システムは、トモグラフィー再構成を備えたリアルタイム赤外線ビデオボロメトリーを用いて、内側放射フロント位置を追跡し、それが不純物シーディングのフィードバック変数として機能した。事前のD2ガス充填を行わないベースラインシナリオでは、タングステン蓄積がコア放射の急増と反復的なH–Lバック遷移を引き起こした。対照的に、事前のD2ガス充填を行った場合には、より高い周辺局在モード周波数を維持し、コアタングステン蓄積を抑制し、スパッタリングを低減することによってデタッチメントが安定化され、持続的なフィードバック制御が可能となった。内側フロント位置のデタッチメント制御指標としての適合性は、デタッチメント度との相関によって確認された。すなわち、D2ガス充填時には、その関係は運動量損失支配のデタッチメントに特徴的な広いヒステリシスループを示したのに対し、N2ガス充填時には、狭くほぼ垂直となり、放射損失支配のピニングと整合した。これらの結果は、放射フロントに基づくデタッチメント制御の原理実証を提供し、制御手法としての実現可能性を示すものである。同時に、これらの結果は、デタッチメントの結果がKSTARにおけるタングステンダイバータ運転の不純物輸送特性によってさらに条件付けられることを明らかにし、将来のシナリオ最適化およびタングステン装置における制御器開発のための指針を提供する。