An effective fast plasma position control (FPPC) method using in-vessel poloidal field coils and capable of maintaining high-elongation plasma, and hence high vertical instability growth, was developed utilizing an magneto-hydrodynamic equilibrium simulation code ‘MECS.’ First, the vertical instability was investigated. It was found that the plasma boundary moves faster than the plasma center due to vertical instability, indicating that boundary-focused control, here called ISO-FLUX scheme, is more effective by accounting for the plasma non-rigidity than schemes focused on the plasma vertical position. In JT-60SA, the ISO-FLUX scheme, in combination with a frequency separation technique, which serves to reduce high-frequency magnetic flux residuals at the control points around the plasma boundary, is employed in the control by in-vessel poloidal field coils. As a result, MECS simulations predict the stable operation of JT-60SA at a target plasma current of 5.5 MA with high elongation (κ ∼ 1.94), even during poloidal beta collapse. These findings highlight the importance of considering non-rigid plasma displacement in FPPC, offering valuable insights for real-time plasma equilibrium control in future nuclear fusion reactors.
容器内ポロイダル磁場コイルを用い、高楕円度プラズマ、したがって高い垂直不安定性成長を維持できる効果的な高速プラズマ位置制御(FPPC)手法が、磁気流体力学平衡シミュレーションコード「MECS」を利用して開発された。まず、垂直不安定性が調査された。垂直不安定性によりプラズマ境界がプラズマ中心よりも速く動くことが見いだされ、プラズマの非剛体性を考慮することで、プラズマの垂直位置に焦点を当てたスキームよりも、ここでISO-FLUXスキームと呼ばれる境界に焦点を当てた制御がより効果的であることが示された。JT-60SAでは、プラズマ境界周辺の制御点における高周波磁束残差を低減するための周波数分離技術と組み合わせたISO-FLUXスキームが、容器内ポロイダル磁場コイルによる制御に採用されている。その結果、MECSシミュレーションは、ポロイダルベータ崩壊中であっても、高楕円度(κ ∼ 1.94)を有する目標プラズマ電流5.5 MAでのJT-60SAの安定運転を予測する。これらの知見は、FPPCにおける非剛体プラズマ変位を考慮することの重要性を浮き彫りにし、将来の核融合炉における実時間プラズマ平衡制御に貴重な洞察を提供する。