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Particle control in long-pulse H-mode discharges of JT-60U

JT-60Uの長時間Hモードプラズマの粒子制御

仲野 友英; 久保 博孝; 朝倉 伸幸; 竹永 秀信; 大山 直幸; 川島 寿人; 藤本 加代子

Nakano, Tomohide; Kubo, Hirotaka; Asakura, Nobuyuki; Takenaga, Hidenobu; Oyama, Naoyuki; Kawashima, Hisato; Fujimoto, Kayoko

短時間放電では、第一壁が水素を吸収することにより、排気の役目を担っている(壁排気)。短時間放電ではこの壁排気はプラズマの密度制御に有効であるが、将来の長時間放電では壁の水素蓄積量が飽和に達するため壁排気が効かなくなると考えられている。JT-60Uでは、長時間高密度Hモードプラズマを、ダイバータ排気を用いて第1壁が飽和した条件下で維持した。壁排気が働かず、さらにガスが放出される条件下で、閉じ込めエネルギーとELMを維持した。ガスの放出は、ダイバータ板の温度上昇による。一方、X点MARFEと非接触ダイバータプラズマを伴う高密度放電では、壁排気が20秒間以上続いた。X点MARFE及び非接触ダイバータプラズマについても、ダイバータ排気を用いて制御できた。これにより、ダイバータ排気とガスパフを用いた電子密度制御が壁飽和条件下で有効であることを示した。しかし、電子密度を維持するように壁の排気率が変化することがわかった。これは、壁への粒子束と壁からの粒子放出が動的平衡になることが、壁排気の重要な機構の一つであることを示す。

Particle control is one of the key issues for steady-state operation in fusion reactors. In short discharges, the first wall absorbs hydrogen particles and it works as a pump (wall pumping). The wall pumping is effective to control the plasma density. However, in future tokamak devices, wall retention increases in a long discharge. Then, it is expected that the wall retention is saturated and the wall pumping does not work. Therefore, for steady-state operation, particle control by active divertor pumping without the wall pumping should be established. In JT-60U, long-pulse high-density H-mode plasmas have been sustained by divertor pumping under global wall saturation. The energy confinement and ELM activity can be sustained, while wall pumping does not work and even outgas appears. The outgas is attributed to increase in the divertor-plate temperature. On the other hand, wall pumping continues for longer than 20 s in high-density (ne $$sim$$ 0.8 nGW) discharges with an X-point MARFE and detached divertor plasma. X-point MARFEs have also been controlled by the divertor pumping. As a result, the electron density control by the divertor pumping and the gas puffing is effective under the wall saturation. However, it should be noted that the wall-pumping rate changes to maintain the electron density against the control. The change in the wall pumping suggests dynamic equilibrium between particle flux and desorption as an important wall-pumping mechanism.

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分野:Physics, Fluids & Plasmas

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