This work presents a robust methodology for effectively distinguishing between the seed island and the onset of the neoclassical tearing mode (NTM) in the EAST tokamak. Unlike previously employed methods, the width of the seed island is carefully regulated by gradually ramping up the currents in the resonant magnetic perturbation (RMP) coils. Remarkably, the seed island phase can be sustained for several hundred milliseconds, providing ample time to examine the nonlinear dynamics of NTM threshold physics. This study investigates the plasma response in terms of various factors, including the plasma rotation, the electron density, and the electron temperature, from the initial formation of the seed island to the saturation of the NTM island. Through extensive statistical analysis of NTM triggering events, it is revealed that both the critical width of the seed island and the critical RMP currents are positively correlated with βp. Moreover, the relationship of the transition time associated with mode penetration to βp differs from the dependence of the transition time for NTM triggering on βp. The growth rates associated with these two nonlinear phenomena show similar characteristics. Finally, reduced magnetohydrodynamic (MHD) modeling replicates the two nonlinear bifurcation states observed in the experiment. It is noteworthy that the RMP-induced NTM islands are locked to the static magnetic perturbation. This scenario differs from the natural excitation of NTMs, which occurs due to transient MHD phenomena, such as sawtooth crashes, where the triggering source is a rotating magnetic perturbation. This leads to the formation of rapidly rotating islands at a natural frequency. Furthermore, the stability of these islands is expected to be related to the polarization current effect. Nevertheless, this experiment sets a new course for the comprehensive investigation and understanding of NTM threshold physics, providing valuable insights for future tokamak design and operational strategies.
本稿では、EASTトカマクにおいてシード磁気島と新古典テアリングモード(NTM)の開始とを効果的に区別するための頑健な方法論を提示する。従来の方法とは異なり、シード磁気島の幅は、共鳴磁場摂動(RMP)コイルの電流を徐々に増加させることによって慎重に制御される。注目すべきことに、シード磁気島相は数百ミリ秒間維持することができ、NTM閾値物理の非線形ダイナミクスを調べるための十分な時間を提供する。本研究では、シード磁気島の初期形成からNTM磁気島の飽和に至るまで、プラズマ回転、電子密度、電子温度などの様々な因子に関するプラズマ応答を調査する。NTMトリガー事象の大規模な統計解析を通じて、シード磁気島の臨界幅と臨界RMP電流の両方がβpと正の相関を持つことが明らかにされた。さらに、モード侵入に関連する遷移時間のβpへの依存性は、NTMトリガーの遷移時間のβpへの依存性とは異なる。これらの2つの非線形現象に関連する成長率は同様の特性を示す。最後に、簡約化された磁気流体力学(MHD)モデリングが、実験で観察された2つの非線形分岐状態を再現する。注目すべきは、RMP誘起NTM磁気島が静的磁場摂動にロックされていることである。このシナリオは、トリガー源が回転磁場摂動である鋸歯状クラッシュなどの過渡的MHD現象によって発生する自然なNTM励起とは異なる。これは、自然周波数で急速に回転する磁気島の形成につながる。さらに、これらの磁気島の安定性は分極電流効果に関連すると予想される。それにもかかわらず、この実験は、将来のトカマク設計と運転戦略に貴重な洞察を提供し、NTM閾値物理の包括的な調査と理解のための新しい道筋を設定するものである。