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Investigation of MHD instabilities and control in KSTAR preparing for high beta operation

Y.S. Park, S.A. Sabbagh, J.M. Bialek, J.W. Berkery, S.G. Lee, W.H. Ko, J.G. Bak, Y.M. Jeon, J.K. Park, J. Kim2013年被引用 21Nuclear FusionIF 3出版社

Initial H-mode operation of the Korea Superconducting Tokamak Advanced Research (KSTAR) is expanded to higher normalized beta and lower plasma internal inductance moving towards design target operation. As a key supporting device for ITER, an important goal for KSTAR is to produce physics understanding of MHD instabilities at long pulse with steady-state profiles, at high normalized beta, and over a wide range of plasma rotation profiles. An advance from initial plasma operation is a significant increase in plasma stored energy and normalized beta, with Wtot = 340 kJ, βN = 1.9, which is 75% of the level required to reach the computed ideal n = 1 no-wall stability limit. The internal inductance was lowered to 0.9 at sustained H-mode duration up to 5 s. In ohmically heated plasmas, the plasma current reached 1 MA with prolonged pulse length up to 12 s. Rotating MHD modes are observed in the device with perturbations having tearing rather than ideal parity. Modes with m/n = 3/2 are triggered during the H-mode phase but are relatively weak and do not substantially reduce Wtot. In contrast, 2/1 modes to date only appear when the plasma rotation profiles are lowered after H–L back-transition. Subsequent 2/1 mode locking creates a repetitive collapse of βN by more than 50%. Onset behaviour suggests the 3/2 mode is close to being neoclassically unstable. A correlation between the 2/1 mode amplitude and local rotation shear from an x-ray imaging crystal spectrometer suggests that the rotation shear at the mode rational surface is stabilizing. As a method to access the ITER-relevant low plasma rotation regime, plasma rotation alteration by n = 1, 2 applied fields and associated neoclassical toroidal viscosity (NTV) induced torque is presently investigated. The net rotation profile change measured by a charge exchange recombination diagnostic with proper compensation of plasma boundary movement shows initial evidence of non-resonant rotation damping by the n = 1, 2 applied field configurations. The result addresses perspective on access to low rotation regimes for MHD instability studies applicable to ITER. Computation of active RWM control using the VALEN-3D code examines control performance using midplane locked mode detection sensors. The LM sensors are found to be strongly affected by mode and control coil-induced vessel current, and consequently lead to limited control performance theoretically.

日本語訳

KSTAR(韓国超伝導核融合研究装置)の初期Hモード運転は、設計目標であるより高い規格化ベータとより低いプラズマ内部インダクタンスへ向けて拡張された。ITERの主要な支援装置として、KSTARの重要な目標は、定常状態プロファイル、高規格化ベータ、および広範囲のプラズマ回転プロファイルにおけるMHD不安定性の物理的理解を生み出すことである。初期運転からの進展として、プラズマ蓄積エネルギーと規格化ベータは、Wtot = 340 kJ、βN = 1.9まで増加し、これは計算されたn = 1無壁安定性限界に必要なレベルの75%に達する。内部インダクタンスは、5秒間の持続Hモード持続時間中に0.9まで低下した。オーミック加熱プラズマでは、プラズマ電流は12秒間の長時間パルスで1 MAに達した。回転MHDモードが観測され、その摂動は理想的なパリティではなくテアリングパリティを示す。m/n = 3/2モードはHモード位相中にトリガーされるが、比較的弱く、Wtotを大幅に減少させることはない。対照的に、2/1モードはH-L遷移後にプラズマ回転プロファイルが低下した場合にのみ現れる。その後の2/1モードのロッキングは、βNの50%以上の繰り返し崩壊を引き起こす。3/2モードの発生挙動は、このモードが新古典テアリングモードの不安定性限界に近いことを示唆している。X線イメージング結晶分光器による2/1モード振幅と局所回転シアーの相関は、モード有理面における回転シアーが安定化効果を持つことを示している。ITER関連の低プラズマ回転領域へのアクセス手法として、n = 1、2の共鳴磁気摂動によるプラズマ回転の変更と、それに伴う新古典粘性トルクの影響が現在調査中である。プラズマ境界の動きを適切に補正した荷電交換再結合分光法による測定では、n = 1、2の印加磁場配位による非共鳴回転減速の初期証拠が示されている。この結果は、ITERに適用可能なMHD不安定性研究のための低回転領域へのアクセスの見通しを示すものである。VALEN-3Dコードを用いた抵抗性壁モード(RWM)能動制御の計算では、赤道面ロックドモード検出センサーがモードおよび制御コイル誘起の容器電流の影響を強く受けることが明らかになり、理論的には制御性能が限られることが示された。

装置

kstar高精度(タイトル一致)iter低精度(概要文一致)

wiki

MagnetohydrodynamicsKSTARMHD instabilities
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