Recently, stationary plasma with a world-record pulse length of 1056 s was achieved on the Experimental Advanced Superconducting Tokamak (EAST). In this work, the core magnetohydrodynamics (MHD) events as well as mode coupling processes have been investigated in EAST long pulse operation with electron heating dominant and pure radio frequency wave heating low collisionality, by using several diagnostics and the nonlinear numerical code M3D together. A saturated m/n = 1/1 kink mode was observed in the core region, where a stable internal transport barrier was found in the electron temperature channel. The frequencies and 2D structures of these modes were studied by a combination of soft X-ray (SXR) imaging and electron cyclotron emission diagnostics. The frequency of the m/n = 1/1 mode exhibited a feature of chirping down with time, and this chirping rate corresponds to the rate of electron diamagnetic drift frequency change. A twisted pattern ('Taichi structure in shape') was reconstructed by SXR tomography of the m/n = 1/1 mode. The perturbations of electron temperature and density caused by m/n = 1/1 are different in size, the latter one being much smaller. The destabilization of m/n = 1/1 was due to the strong central heating combined with electron cyclotron resonance heating and lower hybrid current drive. In the presence of the m/n = 1/1 mode, a negative current was generated on the magnetic axis, which anomalously broadened the core current profile. A m/n = 3/2 tearing mode triggered by m/n = 1/1 mode was also observed. The m/n = 3/2 mode has a smaller frequency than the m/n = 1/1 mode, and carries an m/n = 3/2 island with detectable size. A novel 3D MHD model that separately evolves the plasma density and temperature is applied to the m/n = 3/2 triggered by m/n = 1/1. It is found that a toroidal current density at the q = 1.5 surface, caused by non-axisymmetric density perturbation during the m/n = 1/1 nonlinear growth phase, was generated and hence the destabilization of the m/n = 3/2 tearing mode. Both the modeled electron temperature and density perturbations agree well with experimental observations. In the last section of this paper, the interaction between the m/n = 1/1 mode and fast electrons as well as the active control of this mode are also presented.
近年、 Experimental Advanced Superconducting Tokamak (EAST) において、世界記録となるパルス長1056秒の定常プラズマが達成された。本研究では、電子加熱が支配的であり、純粋な高周波波加熱による低衝突度のEAST長時間パルス運転において、複数の計測診断と非線形数値コードM3Dを併用することにより、コア領域の磁気流体力学(MHD)事象およびモード結合過程を調査した。コア領域では、飽和したm/n = 1/1キンクモードが観測され、電子温度チャンネルにおいて安定な内部輸送障壁が確認された。これらのモードの周波数および2次元構造は、軟X線(SXR)イメージングと電子サイクロトロン放射計測の組み合わせにより研究された。m/n = 1/1モードの周波数は時間とともにチャープダウンする特徴を示し、このチャープ率は電子反磁性ドリフト周波数変化率に対応する。m/n = 1/1モードのSXRトモグラフィーにより、ねじれたパターン(形状における「太極構造」)が再構築された。m/n = 1/1によって引き起こされる電子温度および密度の摂動は大きさが異なり、後者ははるかに小さい。m/n = 1/1の不安定化は、電子サイクロトロン共鳴加熱と低域ハイブリッド電流駆動を組み合わせた強力な中心加熱によるものであった。m/n = 1/1モードの存在下では、磁気軸上に負の電流が生成され、これによりコア電流分布が異常に広がった。また、m/n = 1/1モードによって引き起こされるm/n = 3/2テアリングモードも観測された。m/n = 3/2モードはm/n = 1/1モードよりも小さい周波数を有し、検出可能なサイズのm/n = 3/2アイランドを伴う。プラズマ密度と温度を別々に発展させる新しい3D MHDモデルが、m/n = 1/1によって引き起こされるm/n = 3/2に適用された。m/n = 1/1の非線形成長期における非軸対称密度摂動によって引き起こされる、q = 1.5面でのトロイダル電流密度が生成され、それによってm/n = 3/2テアリングモードの不安定化が生じることが見いだされた。モデル化された電子温度および密度の摂動は、実験観測とよく一致する。本論文の最後の節では、m/n = 1/1モードと高速電子との相互作用、およびこのモードの能動制御についても提示する。