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Control of the resistive wall mode with internal coils in the DIII–D tokamak

M. Okabayashi, J. Bialek, A. Bondeson, M.S. Chance, M.S. Chu, A.M. Garofalo, R. Hatcher, Y. In, G.L. Jackson, R.J. Jayakumar2005年被引用 86Nuclear FusionIF 3出版社

Internal coils, 'I-Coils', were installed inside the vacuum vessel of the DIII–D device to generate non-axisymmetric magnetic fields to act directly on the plasma. These fields are predicted to stabilize the resistive wall mode (RWM) branch of the long-wavelength external kink mode with plasma beta close to the ideal wall limit. Feedback using these I-Coils was found to be more effective as compared to using external coils located outside the vacuum vessel. Locating the coils inside the vessel allows for a faster response and the coil geometry also allows for better coupling to the helical mode structure. Initial results were reported previously (Strait E.J. et al 2004 Phys. Plasmas11 2505). This paper reports on results from extended feedback stabilization operations, achieving plasma parameters up to the regime of Cβ ≈ 1.0 and open loop growth rates of γopenτw ≳ 25 where the RWM was predicted to be unstable with only the 'rotational viscous stabilization mechanism'. Here Cβ ≈ (β − βno−wall.limit)/(βideal.wall.limit − βno−wall.limit) is a measure of the beta relative to the stability limits without a wall and with a perfectly conducting wall, and τw is the resistive flux penetration time of the wall. These feedback experimental results clarified the processes of dynamic error field correction and direct RWM stabilization, both of which took place simultaneously during RWM feedback stabilization operation. MARS-F modelling provides a critical rotation velocity in reasonable agreement with the experiment and predicts that the growth rate increases rapidly as rotation decreases below the critical. The MARS-F code also predicted that for successful RWM magnetic feedback, the characteristic time of the power supply should be limited to a fraction of the growth time of the targeted RWM. The possibility of further improvements in the presently achievable range of operation of feedback gain values is also discussed.

日本語訳

内部コイル(I-Coil)は、プラズマに直接作用する非軸対称磁場を生成するために、DIII–D装置の真空容器内に設置された。これらの磁場は、理想壁限界に近いプラズマベータにおいて、長波長外部キンクモードの抵抗性壁モード(RWM)分枝を安定化すると予測されている。これらのIコールを用いたフィードバックは、真空容器外に設置された外部コイルを用いるよりも効果的であることが見出された。コイルを容器内に配置することで、より速い応答が可能になり、また、コイル形状によりヘリカルモード構造への結合も向上する。初期結果は既に報告されている(Strait E.J. et al 2004 Phys. Plasmas11 2505)。本論文では、拡張されたフィードバック安定化動作の結果について報告する。ここでは、「回転粘性安定化機構」のみではRWMが不安定になると予測される、Cβ ≈ 1.0の領域および開ループ成長率γopenτw ≳ 25までのプラズマパラメータを達成した。ここで、Cβ ≈ (β − βno−wall.limit)/(βideal.wall.limit − βno−wall.limit)は、壁がない場合および完全導体壁がある場合の安定限界に対するベータの尺度であり、τwは壁の抵抗性磁束浸透時間である。これらのフィードバック実験結果は、RWMフィードバック安定化動作中に同時に生じる、動的誤差磁場補正と直接的なRWM安定化のプロセスを明らかにした。MARS-Fモデリングは、実験と妥当な一致を示す臨界回転速度を提供し、回転が臨界値を下回ると成長率が急激に増加することを予測する。MARS-Fコードはまた、RWM磁気フィードバックを成功させるためには、電源の時定数が対象とするRWMの成長時間の数分の一に制限されるべきであると予測した。また、現在達成可能なフィードバック利得値の動作範囲のさらなる改善の可能性についても議論する。

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DIII-DResistive wall mode
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