This work systematically studies the plasma response to externally applied resonant magnetic perturbation (RMP) fields designed to control edge localized modes (ELMs) in the HL-3 reference plasmas, utilizing the MARS-F/K code (Liu et al 2000 Phys. Plasmas7 3681; Liu et al 2008 Phys. Plasmas15 112503). The single-fluid resistive model predicts a significant increase in the plasma response amplitude as the plasma pressure approaches the Troyon no-wall limit (), in contrast to strong suppression of the response amplitude with the MHD-kinetic hybrid model, for both the n = 1 and n = 2 perturbations (where n is the toroidal mode number). Based on the linear response analysis, it is proposed that the kinetic resonance between the RMP perturbation and particle drift motions changes the growth rate of the relevant modes (mainly kink modes), thereby altering the strength of the plasma response. Finally, results with the MHD-kinetic hybrid model indicate the presence of a window in edge safety factor for achieving ELM control at high-βN (near ), whose size and magnitude is essentially independent of pressure. This also supports the analytic results of the linear response model regarding the relationship between mode stability and response strength.
本研究は、MARS-F/Kコード(Liu et al 2000 Phys. Plasmas7 3681; Liu et al 2008 Phys. Plasmas15 112503)を用いて、HL-3参照プラズマにおいて周辺局在モード(ELM)を制御するために設計された外部印加共鳴磁場摂動(RMP)場に対するプラズマ応答を体系的に研究する。単一流体抵抗性モデルは、プラズマ圧力がTroyon無壁限界()に近づくにつれてプラズマ応答振幅が有意に増加することを予測するが、MHD-運動論ハイブリッドモデルでは、n = 1およびn = 2の両方の摂動(ここでnはトロイダルモード数)に対して応答振幅の強い抑制が予測される。線形応答解析に基づき、RMP摂動と粒子ドリフト運動との間の運動論的共鳴が関連するモード(主にキンクモード)の成長率を変化させ、それによってプラズマ応答の強度を変えることが提案される。最後に、MHD-運動論ハイブリッドモデルを用いた結果は、高βN(ほぼ )におけるELM制御を達成するための周辺安全係数のウィンドウの存在を示しており、その大きさと程度は本質的に圧力に依存しない。これはまた、モード安定性と応答強度の関係に関する線形応答モデルの解析的結果を支持する。