The Alcator C-Mod team has recently developed a feedback system to measure and control surface heat flux in real-time. The system uses real-time measurements of surface heat flux from surface thermocouples and a pulse-width modulated piezo valve to inject low-Z impurities (typically N2) into the private flux region. It has been used in C-Mod to mitigate peak surface heat fluxes >40 MW m−2 down to <10 MW m−2 while maintaining excellent core confinement, H98 > 1. While the system works quite well under relatively steady conditions, use of it during transients has revealed important limitations on feedback control of impurity seeding in conventional vertical target plate divertors. In some cases, the system is unable to avoid plasma reattachment to the divertor plate or the formation of a confinement-damaging x-point MARFE. This is due to the small operational window for mitigated heat flux in the parameters of incident plasma heat flux, plasma density, and impurity density as well as the relatively slow response of the impurity gas injection system compared to plasma transients. Given the severe consequences for failure of such a system to operate reliably in a reactor, there is substantial risk that the conventional vertical target plate divertor will not provide an adequately controllable system in reactor-class devices. These considerations motivate the need to develop passively stable, highly compliant divertor configurations and experimental facilities that can test such possible solutions.
Alcator C-Modチームは最近、表面熱流束をリアルタイムで測定・制御するフィードバックシステムを開発しました。このシステムは、表面熱電対からの表面熱流束のリアルタイム測定と、パルス幅変調バルブを用いた低Z不純物（通常はN2）のダイバータ私領域への注入を使用します。これはC-Modにおいて、H98>1という優れたコア閉じ込めを維持しながら、ピーク表面熱流束を40 MW m−2超から10 MW m−2未満に低減するために使用されてきました。このシステムは比較的定常的な条件下では良好に動作しますが、過渡現象中の使用により、従来型の垂直ターゲット板ダイバータにおける不純物シーディングのフィードバック制御に関する重要な限界が明らかになりました。場合によっては、このシステムはプラズマのダイバータ板への再付着や、閉じ込めを損なうX点MARFEの形成を回避することができません。これは、入射プラズマ熱流束、プラズマ密度、不純物密度のパラメータにおいて、緩和された熱流束に対する動作ウィンドウが狭いことと、プラズマ過渡現象と比較して不純物ガス注入システムの応答が比較的遅いことに起因します。このようなシステムが炉において確実に動作しない場合の重大な結果を考慮すると、従来型の垂直ターゲット板ダイバータが炉級装置において適切に制御可能なシステムを提供できないリスクが大きくなります。これらの考察から、受動的に安定で高い適合性を有するダイバータ構成と、そのような可能な解決策を試験できる実験施設の開発が必要とされています。