The low temperature boundary layer plasma (scrape-off layer or SOL) between the hot core and the surrounding vessel determines the level of power loading, erosion and implantation of material surfaces, and thus the viability of tokamak-based fusion as an energy source. This study explores mechanisms affecting the formation of flattened density profiles, so-called 'density shoulders', in the low-field side (LFS) SOL, which modify ion and neutral fluxes to surfaces—and subsequent erosion. There is evidence against local enhancement of ionization inducing shoulder formation. We find that increases in SOL parallel resistivity, Λdiv (=[L||νeiΩi]/csΩe), postulated to lead to shoulder growth through changes in SOL turbulence characteristics, correlates with increases in SOL shoulder amplitude, As, but only under a subset of conditions (D2-fuelled L-mode density scans with outer strike point on the horizontal target). Λdiv fails to correlate with As for cases of N2 seeding or during sweeping of the strike point across the horizontal target. The limited correlation of Λdiv and As is also found for H-mode discharges. Thus, while it may be necessary for Λdiv to be above a threshold of ~1 for shoulder formation and/or growth, another mechanism is required. More significantly, we find that in contrast to parallel resistivity, outer divertor recycling, as quantified by the total outer divertor Balmer Dα emission, I–Dα, does scale with As where Λdiv does and even where Λdiv does not. Divertor recycling could lead to SOL density shoulder formation through: (a) reducing the parallel to the field flow (loss) of ions out of the SOL to the divertor; and (b) changes in radial electric fields which lead to E × B poloidal flows as well as potentially affecting SOL turbulence birth characteristics. Thus, changes in divertor recycling may be the sole process involved in bringing about SOL density shoulders or it may be that it acts in tandem with parallel resistivity.
高温コアと周囲の容器の間にある低温境界層プラズマ（スクレイプオフ層、SOL）は、材料表面への電力負荷、侵食、注入の程度を決定し、したがってトカマク型核融合のエネルギー源としての実現可能性を左右する。本研究では、低磁場側（LFS）SOLにおける平坦化した密度プロファイル、いわゆる「密度ショルダー」の形成に影響を与えるメカニズムを探求する。これは、表面へのイオンおよび中性粒子フラックスを変化させ、その後の侵食にも影響を及ぼす。電離の局所的増強がショルダー形成を誘起するという証拠はない。SOL平行抵抗率Λdiv（=[L||νeiΩi]/csΩe）の増加が、SOL乱流特性の変化を通じてショルダー成長をもたらすという仮説が立てられているが、Λdivの増加はSOLショルダー振幅Asの増加と相関するものの、それは特定の条件下（D2ガス供給によるLモード密度掃引で、外側ストライク点が水平ターゲット上にある場合）に限られる。Λdivは、N2シーディングの場合や、ストライク点を水平ターゲット上で掃引した場合にはAsと相関しない。ΛdivとAsの限定的な相関はHモード放電でも見られる。したがって、ショルダー形成にはΛdivが閾値約1以上であることが必要かもしれないが、別のメカニズムも関与している可能性がある。より重要なことに、平行抵抗率とは対照的に、外側ダイバータリサイクリング（外側ダイバータのバルマーDα発光強度I–Dαで定量化）は、ΛdivがAsと相関する場合でもしない場合でも、Asとスケーリング関係を示すことが分かった。ダイバータリサイクリングは、(a) SOLからダイバータへのイオンの平行方向の流れ（損失）を低減すること、および(b) 径方向電場の変化を通じてE×Bポロイダル流を生じさせ、さらにSOL乱流の発生特性に影響を与える可能性があること、の2つの経路でSOL密度ショルダー形成をもたらし得る。したがって、ダイバータリサイクリングの変化がSOL密度ショルダー形成の唯一の要因である可能性もあれば、平行抵抗率と協働して作用する可能性もある。