Magnetic islands are believed to be responsible for triggering the internal transport barrier (ITB) around the rational surface and hence improves confinement in magnetic confinement fusion plasma, for more than two decades. Although some recent theoretical or modelling works support this hypothesis, the direct experimental demonstration on the ITB triggered by a magnetic island is still missing. Here, we report the first experimental observation that the increase in the magnetic island width triggers the bifurcation of the plasma transport state from a low confinement mode (L-mode) to an ITB mode in tokamak plasma. At medium island widths, the bifurcation appears with a dithering phase, i.e. plasma transitions from L-mode to ITB or vice versa quasi-periodically. As the island width further increases, the dithering ITB transitions into a steady ITB. The electron temperature gradient inside the ITB increases with island width. The trigger of the ITB and further enhancement of the ITB performance are also demonstrated by locking the island via applying a resonant magnetic perturbation field. The reduction of density fluctuations in the ITB region is observed and indicates turbulence suppression during ITB formation. These findings offer new insights for understanding ITB formation and robust ITB control.
磁気島は、20年以上にわたり、有理面周辺の内部輸送障壁(ITB)を引き起こし、それによって磁場閉じ込め核融合プラズマにおける閉じ込めを改善する役割を担うと考えられてきた。最近の理論的またはモデリング研究のいくつかはこの仮説を支持するが、磁気島によって引き起こされるITBの直接的な実験的実証はまだ得られていない。ここで我々は、磁気島幅の増加がトカマクプラズマにおけるプラズマ輸送状態の低閉じ込めモード(Lモード)からITBモードへの分岐を引き起こすことを示す初の実験的観測を報告する。中程度の島幅では、分岐はディザリング位相、すなわちプラズマがLモードからITBへ、またはその逆へ準周期的に遷移する位相を伴って現れる。島幅がさらに増加すると、ディザリングITBは定常ITBへと遷移する。ITB内部の電子温度勾配は島幅とともに増加する。ITBの引き金とITB性能のさらなる向上は、共鳴磁場摂動を印加して島をロックすることによっても実証される。ITB領域での密度揺動の低減が観測され、ITB形成中に乱流抑制が起こることを示している。これらの発見は、ITB形成の理解と堅牢なITB制御に新たな知見をもたらす。