초록 ▼

○ 본 연구에서는, 토카막 운전 성능 향상과 안정성 유지에 중요한 sawtooth 및 Neoclassical Tearing Mode (NTM) 불안정성 모드의 특성을 연구하고, 전자공명 가열 및 전류구동 (ECH/CD)을 이용한 능동 제어 기술 개발을 목표로 하였다.전자공명파 입사 조건에 따른 sawtooth 주기의 능동적 제어를 통해 플라즈마 중심부 불순물제거 및 NTM 불안정성 제어 구동 장치로서의 시스템 설계가 착수되었으며, NTM 모드 제어를 위한 모드 크기 및 위치 측정 계산 프로그램이 개발되어 실험에 적용되었다. 본 실험

○ 본 연구에서는, 토카막 운전 성능 향상과 안정성 유지에 중요한 sawtooth 및 Neoclassical Tearing Mode (NTM) 불안정성 모드의 특성을 연구하고, 전자공명 가열 및 전류구동 (ECH/CD)을 이용한 능동 제어 기술 개발을 목표로 하였다.전자공명파 입사 조건에 따른 sawtooth 주기의 능동적 제어를 통해 플라즈마 중심부 불순물제거 및 NTM 불안정성 제어 구동 장치로서의 시스템 설계가 착수되었으며, NTM 모드 제어를 위한 모드 크기 및 위치 측정 계산 프로그램이 개발되어 실험에 적용되었다. 본 실험 및 일련의 시스템 성능 향상 과정을 통하여 개발하는 제어시스템을 KSTAR 에 활용하여 고성능 운전 획득에 기여하고자한다.

Abstract ▼

One of the main goals of KSTAR tokamak is a demonstration of the steady-state operation in the high-performance, advanced tokamak mode, in a conventional ELMy H-mode plasma. Therefore, Neo-classical Tearing Mode (NTM) should be controlled in Tokamak plasma because the NTM can reduce the plasma beta

One of the main goals of KSTAR tokamak is a demonstration of the steady-state operation in the high-performance, advanced tokamak mode, in a conventional ELMy H-mode plasma. Therefore, Neo-classical Tearing Mode (NTM) should be controlled in Tokamak plasma because the NTM can reduce the plasma beta by the triggering of plasma disruption and energetic particle losses in plasma with NBI. Many tokamak have been performing the fast real-time control of MHD modes by using ECH/ECCD which can affect the NTM mode by the localized heating and current drive.And they successfully suppressed the NTM by ECH/ECCD. In KSTAR, the disruption of plasma by the NTM instability in the low magnetic field of 1.4 T was observed in 2014 and the NTM suppression experiment has been performed in high beta plasma since the 2015 KSTAR campaign.
For the real time sawtooth control and NTM suppression by ECCD, the PCS and feedback control algorithm was implemented on the KSTAR ECH system. And also, the real-time MC data was received and calculated in the PCS (Plasma Control System) to get the mode-amplitude of 2/1 mode by the upgrade of DAQ system. Using this calculation, EC power and mirror position is controlled by NTM control system on the PCS to suppress NTM instability.
In addition, NTM suppression experiment is successfully performed in a conventional ELMy H-mode plasma in order to check the mode amplitude detection algorithm and to optimize the mode suppression algorithms with the limited ECH power and mirror speed as below;
1. Generate NTM mode in ELMy H-mode plasma and analyze NTM modes
2. Detect NTM mode amplitude in real time with filter for sawtooth or ELM
3. Search optimum level of mode amplitude to start EC power on and mirror control
4. Try to sweep vertical deposition position of modulated EC power to check EC power deposition position and ECCD
5. Try to sweep ECCD vertically to see NTM suppression in forward and backward scan with active tracking algorithm
6. Optimize Search & Suppress algorithm by adjusting step size and dwell time
7. Find out the effect and the optimum conditions of EC angle, beam size, and power modulation

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 제출문 ... 2
• 보고서 요약서 ... 3
• 요약문 ... 5
• SUMMARY ... 9
• CONTENTS ... 11
• 목차 ... 12
• 제1장 연구개발과제의 개요 ... 13
• 제2장 국내외 기술개발 현황 ... 16
• 제1절 국내외 기술변화 ... 16
• 1. 국외 환경변화 ... 16
• 2. 국내 환경변화 ... 17
• 제3장 연구개발 수행 내용 및 결과 ... 18
• 제1절 Sawtooth 주기 실시간 제어를 위한 시스템 상세 설계 및 개발 ... 18
• 1. ECE 진단 데이터의 실시간 전송을 위한 하드웨어 설계 ... 18
• 2. 170GHz EC-beam을 이용한 실시간 sawtooth 제어방법 연구 ... 20
• 제2절. NTM 실시간 모드 크기 및 위치 측정 시스템의 개발 ... 23
• 1. MD data 전송 시스템 구축 완료 ... 23
• 2. 실시간 NTM 모드 number 및 크기 (amplitude) 계산 프로그램 개발 ... 24
• 3. 실험결과 ... 28
• 제3절. ECH/CD 가열 위치 확인 및 입사 위치 제어기 성능 향상 ... 32
• 1. ray-tracing, ECE 진단 데이터를 이용한 가열 입사 위치 확인 프로그램 설계 ... 32
• 2. 입사 위치 제어 성능 향상을 위한 안테나 콘트롤 방식 변경 및 업그레이드 ... 35
• 3. 안테나 업그레이드 ... 36
• 제4장 목표달성도 및 관련분야에의 기여도 ... 39
• 제5장 연구개발결과의 활용계획 ... 41
• 제1절 연구개발결과의 활용방안 ... 41
• 제2절 기술적인 측면에서의 활용방안 ... 42
• 제6장 연구개발과정에서 수집한 해외과학기술정보 ... 43
• 제7장 연구시설 장비·현황 ... 44
• 제8장 참고문헌 ... 45
• 끝페이지 ... 46