Large sub-millisecond heat pulses due to Type-I edge localized modes (ELMs) have been eliminated reproducibly in DIII-D for periods approaching nine energy confinement times (τE) with small dc currents driven in a simple magnetic perturbation coil. The current required to eliminate all but a few isolated Type-I ELM impulses during a coil pulse is less than 0.4% of plasma current. Based on magnetic field line modelling, the perturbation fields resonate with plasma flux surfaces across most of the pedestal region (0.9 ⩽ ψN ⩽ 1.0) when q95 = 3.7 ± 0.2, creating small remnant magnetic islands surrounded by weakly stochastic field lines. The stored energy, βN, H-mode quality factor and global energy confinement time are unaltered by the magnetic perturbation. Although some isolated ELMs occur during the coil pulse, long periods free of large Type-I ELMs (Δt > 4–6 τE) have been reproduced numerous times, on multiple experimental run days in high and intermediate triangularity plasmas, including cases matching the baseline ITER scenario 2 flux surface shape. In low triangularity, lower single null plasmas, with collisionalities near that expected in ITER, Type-I ELMs are replaced by small amplitude, high frequency Type-II-like ELMs and are often accompanied by one or more ELM-free periods approaching 1–2 τE. Large Type-I ELM impulses represent a severe constraint on the survivability of the divertor target plates in future burning plasma devices. Results presented in this paper demonstrate that non-axisymmetric edge magnetic perturbations provide a very attractive development path for active ELM control in future tokamaks such as ITER.
タイプI周辺局在モード(ELM)による大きなサブミリ秒熱パルスは、単純な磁場摂動コイルに小さな直流電流を流すことにより、エネルギー閉じ込め時間(τE)の約9倍に及ぶ期間、DIII-Dにおいて再現性よく除去された。コイルパルス中に、わずかな孤立したタイプI ELMインパルスを除く全てを除去するのに必要な電流は、プラズマ電流の0.4%未満である。磁力線モデリングに基づくと、q95 = 3.7 ± 0.2のとき、摂動磁場はペデスタル領域の大部分(0.9 ⩽ ψN ⩽ 1.0)にわたってプラズマ磁束面と共鳴し、弱い確率磁力線に囲まれた小さな残留磁気島を生成する。蓄積エネルギー、βN、Hモード品質係数、および全体のエネルギー閉じ込め時間は、磁場摂動によって変化しない。コイルパルス中にいくつかの孤立したELMが発生するものの、大きなタイプI ELMのない長い期間(Δt > 4–6 τE)は、ITERのベースラインシナリオ2の磁束面形状に一致する場合を含め、高・中間三角形度プラズマにおける複数の実験運転日にわたって、数多くの再現がなされた。低三角形度の下部シングルヌルプラズマでは、ITERで予想される値に近い衝突周波数において、タイプI ELMは小さな振幅で高周波のタイプII様ELMに置き換わり、1–2 τEに近い1回以上のELMフリー期間を伴うことが多い。大きなタイプI ELMインパルスは、将来の燃焼プラズマ装置におけるダイバータ標的板の生存性に対する深刻な制約となる。本論文で提示された結果は、非軸対称周辺磁場摂動が、ITERのような将来のトカマクにおける能動的ELM制御のための非常に魅力的な開発経路を提供することを実証している。