Control of fuel recycling and hydrogen content in the Experimental Advanced Superconducting Tokamak (EAST) using various methods is studied for high-power long pulse high confinement mode (H-mode) plasma operation. The results show that long duration first wall baking and discharge cleaning in EAST provides the necessary clean vacuum environment with a high ultimate vacuum of 3.6 × 10−6 Pa and low outgassing rate of ~1.5 × 10−4 Pa m3 s−1 for plasma operation. In-vessel cryopumps are found to provide an efficient method for particle recycling control in the divertor region to decrease global recycling coefficient (Rglobal) from ~1.0 to ~0.8 during ohmic heating plasmas, and it provides a high particle exhausting rate of 1020–1021 D-atoms s−1 in high-power plasma operations. Long duration silicon coating is found to be more powerful than baking and discharge cleaning, which reduces the H/(H + D) ratio gradually to a value as low as 8%, and lithium coating is more effective and more efficient than silicon coating, to further reduce the H/(H + D) ratio to 3%. Real-time lithium powder injection is a novel method for recycling control, which reduces Rglobal from 0.94 to 0.82 under lithium coating wall conditioning. By the combination and optimization of the above methods, H-mode plasmas with low hydrogen content and low fuel recycling have been achieved in EAST and have been extended gradually to 101 s in 2017. Recycling flux has even decreased gradually during 101 s H-mode plasmas due to increased first wall temperature and the resulting increased Li-II emission. These results provide valuable references on hydrogen content and fuel recycling control for long pulse H-mode plasmas of up to 400–1000 s with high-power heating in EAST and future fusion devices.
様々な手法を用いたEASTにおける燃料リサイクリングと水素含有量の制御が、高パワー・長時間Hモードプラズマ運転のために研究されている。長時間の第一壁ベーキングと放電洗浄により、EASTにおいて高到達真空度3.6×10⁻⁶ Paおよび低放出ガス速度約1.5×10⁻⁴ Pa m³ s⁻¹を有するクリーンな真空環境がプラズマ運転のために実現されることが結果として示されている。真空容器内低温ポンプは、オーミック加熱プラズマ中においてダイバータ領域での粒子リサイクリング制御の効率的な手法を提供し、全体リサイクリング係数（Rglobal）を約1.0から約0.8へ低減することが見出された。また、高パワープラズマ運転中において、約10²⁰〜10²¹ D原子 s⁻¹の高い粒子排気速度が達成される。長時間のシリコン被覆は、ベーキングや放電洗浄よりも強力であり、H/(H+D)比を徐々に8%まで低減することが見出された。さらに、リチウム被覆はシリコン被覆よりも効果的かつ効率的であり、H/(H+D)比を3%までさらに低減する。リアルタイムリチウム粉末注入はリサイクリング制御の新規手法であり、リチウム被覆壁条件下においてRglobalを0.94から0.82へ低減する。上記手法の組み合わせと最適化により、低水素含有量かつ低燃料リサイクリングを有するHモードプラズマがEASTにおいて達成され、2017年には徐々に101秒まで延長された。101秒Hモードプラズマ中では、第一壁温度の上昇とそれに伴うLi-II発光の増加により、リサイクリングフラックスはさらに徐々に減少した。これらの結果は、EASTおよび将来の核融合装置における高パワー加熱による400〜1000秒の長時間Hモードプラズマのための水素含有量および燃料リサイクリング制御に関して貴重な知見を提供するものである。