AbstractThe Electron Cyclotron Radio Frequency Heating (ECRH) system is mainly used to control the temperature profile of the plasma in a tokamak through sharp focusing of the RF power for bulk heating. Some experiments on tokamak devices have shown that Electron Cyclotron Current Drive (ECCD) can reduce the growth of rotating magnetic islands, thus controlling magnetohydrodynamic (MHD) resistive instabilities in steady-state operation. On Frascati Tokamak Upgrade (FTU), 1.6 MW 140 GHz Electron Cyclotron (EC) waves are injected using four gyrotrons, each emitting 0.4 MW for 0.5 s. A crucial point of the whole system is the fast control of the RF power output through a Digital Waveform Reference (DWR). This paper describes the new implementation of the DWR on FTU with a PXI-embedded controller and two PXI DAC boards by National Instruments. DWR control code integrates synthesized waveforms and graphic display, validity test on reference outputs, fully hardware-driven analog output, network process communication with ECRH plant PLC and the FTU Supervisor Control System. The validity test on the working parameters takes into account hardware constraints, system configuration and tetrode dissipation. The off-line calculations select the reference voltage using a wide choice of pulse shapes, while the real-time analog output is fully hardware-driven by the FTU central timing and trigger system. Because of the FIFO and DMA transfer data of the PXI DAC board, the 1 MHz update rate of the reference output has been successfully tested, largely matching the system requirements (up to 500 kHz). The high reliability shown by the present DWR gives us the chance to implement a 50 kHz closed-loop feedback system to control the growth of the plasma instabilities by EC waves.
電子サイクロトロン高周波加熱（ECRH）システムは、主にトカマク内のプラズマの温度分布を、バルク加熱用の高周波パワーを鋭く集束させることによって制御するために使用される。トカマク装置におけるいくつかの実験では、電子サイクロトロン電流駆動（ECCD）が回転磁気アイランドの成長を低減し、定常運転中の磁気流体力学（MHD）抵抗性不安定性を制御できることが示されている。フラスカティ・トカマク・アップグレード（FTU）では、4つのジャイロトロンを用いて1.6 MWの140 GHz電子サイクロトロン（EC）波が注入され、各ジャイロトロンは0.5秒間0.4 MWを放射する。システム全体の重要な点は、デジタル波形リファレンス（DWR）による高周波パワー出力の高速制御である。本論文では、National Instruments社製のPXI組み込みコントローラと2枚のPXI DACボードを用いたFTUにおけるDWRの新しい実装について述べる。DWR制御コードは、合成波形とグラフィック表示、リファレンス出力の妥当性検証、完全ハードウェア駆動のアナログ出力、ECRHプラントPLCおよびFTUスーパーバイザー制御システムとのネットワークプロセス通信を統合する。動作パラメータの妥当性検証では、ハードウェアの制約、システム構成、ジャイロトロン管の損失を考慮する。オフライン計算では、多様なパルス波形の選択肢を用いてリファレンス電圧を選択し、一方、リアルタイムのアナログ出力はFTUの中央タイミング・トリガーシステムによって完全にハードウェア駆動される。PXI DACボードのFIFOおよびDMAデータ転送により、リファレンス出力の1 MHz更新レートが正常に試験され、システム要件（最大500 kHz）にほぼ一致している。本DWRで示された高い信頼性により、EC波によるプラズマ不安定性の成長を制御するための50 kHz閉ループフィードバックシステムを実装することが可能となった。