Numerical simulations are carried out to investigate the applicability of resonant magnetic perturbation (RMP) to KSTAR plasmas for a possible control of edge localized mode (ELM) to suppress or mitigate its damages to divertor materials. For the verification of the feasibility of RMP application, magnetic island configurations, resonant normal fields, magnetic island widths and Chirikov parameters are calculated for two types of KSTAR operation scenarios: steady state and hybrid. Field error correction (FEC) coils in KSTAR are considered to produce externally perturbed magnetic fields for RMP, and the directions of coil currents determine the toroidal mode n and the parity (even or odd). The RMP configurations are described by vacuum superposition of the equilibrium magnetic fields and the perturbed ones induced by FEC coils. The numerical simulations for n = 2 toroidal mode in both operation scenarios show that when the pitches of the equilibrium and perturbed magnetic fields are well aligned, magnetic islands are formed for a series of m poloidal modes and the adjacent islands are overlapped to generate a stochastic layer in the edge region. Even parity turns out to be more effective in making the magnetic islands overlapped to become stochastic field lines in the steady-state operation, while odd parity in the hybrid operation. The formation of the stochastic layer is verified by the calculated Chirikov parameters, which also give basic information on the current requirement of FEC coils. Additionally, lobe structures of stochastic field lines are found in the edge region extended to the divertor plate in the hybrid scenario. Based on the standard vacuum criteria for RMP, the simulation results indicate that the FEC coils will be feasible for control of ELMs and mitigation of divertor heat load by RMP in both steady-state and hybrid operation scenarios.
数値シミュレーションを実施し、KSTARプラズマにおける周辺局在モード(ELM)の抑制またはその損傷の軽減を目的とした共鳴磁場摂動(RMP)の適用可能性を調査した。RMP適用の実現可能性を検証するため、定常運転とハイブリッド運転の2種類のKSTAR運転シナリオについて、磁気島構造、共鳴法線磁場、磁気島幅、およびChirikovパラメータを計算した。KSTARの誤差磁場補正(FEC)コイルによって外部摂動磁場を生成することを想定し、コイル電流の方向によってトロイダルモード数nおよびパリティ(偶数/奇数)が決定される。RMPの構造は、平衡磁場とFECコイルによって誘起される摂動磁場の真空重ね合わせによって記述される。両運転シナリオにおけるn=2トロイダルモードの数値シミュレーションの結果、平衡磁場と摂動磁場のピッチが良好に整合する場合、一連のポロイダルモード数mに対して磁気島が形成され、隣接する島が重なり合うことで周辺領域にストカスティック層が生成されることが示された。定常運転では偶数パリティが、ハイブリッド運転では奇数パリティが、磁気島の重なりによるストカスティック磁力線の形成により効果的であることが明らかになった。ストカスティック層の形成は計算されたChirikovパラメータによって検証され、これによりFECコイルに必要な電流値に関する基礎的知見も得られた。さらに、ハイブリッドシナリオでは、ダイバータ板まで延長された周辺領域においてストカスティック磁力線のローブ構造が観察された。標準的な真空基準に基づくシミュレーション結果から、FECコイルは定常運転およびハイブリッド運転の両シナリオにおいて、RMPによるELM制御とダイバータ熱負荷軽減に有効であることが示された。