The achievement of high gain, stationary conditions in a tokamak scenario aimed at producing fusion energy in the ITER Project is crucial to the demonstration that this form of energy can be used in future reactors to provide cheap and clean energy globally. Disruptions are a challenge for the fusion energy field, in particular for the 'ITER Baseline Scenario' (IBS), as reproduced in the DIII-D tokamak. This work shows that a solution has been found for the m= 2/n = 1 tearing modes that have consistently caused disruptions in the IBS: stable operation down to zero input torque was achieved by modifying the current density profile at the beginning of the pressure flattop and the ELM character later in the discharges, guided by previous results showing that the most likely cause of these instabilities is the current density profile. The coupling between sawteeth, n>2 modes and the 2/1 TMs is shown to not be statistically significant, nor the leading origin for the evolution towards instability. Ideal and resistive MHD modeling provide positive verification that a steeper 'well' in the region of the q = 2 rational surface leads to worse ideal stability, higher tearing index Δ' and lower threshold Δ'c for resistive instabilities, consistent with the experimental results. This provides confidence that the methods used in this work can be extrapolated to other devices and applied to avoid disruptions in ITER and pulsed fusion devices worldwide.
ITER計画において核融合エネルギーを生産することを目的としたトカマクシナリオで、高利得かつ定常な条件を達成することは、この形態のエネルギーが将来の原子炉において世界的に安価でクリーンなエネルギーを提供するために使用され得るという実証にとって極めて重要である。ディスラプションは核融合エネルギー分野にとって課題であり、特にDIII-Dトカマクで再現された「ITERベースラインシナリオ」(IBS)にとってそうである。本研究は、IBSにおいて一貫してディスラプションを引き起こしてきたm= 2/n = 1ティアリングモードに対する解決策が見出されたことを示すものである: 圧力フラットトップ開始時の電流密度分布と、その後の放電におけるELMの特性を、これらの不安定性の最も可能性の高い原因が電流密度分布であることを示す以前の結果に導かれて修正することにより、ゼロ入力トルクまでの安定運転が達成された。鋸歯状振動、n>2モード、および2/1 TMの間の結合は、統計的に有意ではなく、不安定性への進展の主要な起原でもないことが示される。理想及び抵抗性MHDモデリングは、q = 2有理面の領域におけるより急峻な「井戸」が、理想安定性を悪化させ、抵抗性不安定性のためのより高いティアリング指数Δ'とより低い閾値Δ'cをもたらすことを肯定的に検証し、実験結果と一致する。これにより、本研究で使用された手法が他の装置にも外挿可能であり、ITERおよび世界中のパルス核融合装置におけるディスラプションを回避するために適用され得るという確信が得られる。