Carbon (CD4) and nitrogen (N2) have been seeded in ASDEX Upgrade (AUG) with a tungsten wall and have both led to a 20–30% confinement improvement. The reference plasma is a standard target plasma with Ip /BT = 1 MA/2.5 T, total input power Ptot ~ 12 MW and normalized pressure of βN ~ 1.8. Carbon and nitrogen are almost perfectly exchangeable for the core, pedestal and divertor plasma in this experiment where impurity concentrations of C and N of 2% are achieved and Zeff only mildly increases from ~1.3 to ~1.7. As the radiation potentials of C and N are similar and peak well below 100 eV, both impurities act as divertor radiators and radiate well outside the pedestal region. The outer divertor is purposely kept in an attached state when C and N are seeded to avoid confinement degradation by detachment. As reported in earlier publications for nitrogen, carbon is also seen to reduce the high field side high density (the so-called HFSHD) in the scrape off layer above the inner divertor strike point by about 50%. This is accompanied by a confinement improvement for both low (δ ~ 0.25) and high (δ ~ 0.4) triangularity configurations for both seeding gases, due to an increase of pedestal temperature and stiff core temperature profiles. The electron density profiles show no apparent change due to the seeding. As an orthogonal effect, increasing the triangularity leads to an additionally increased pedestal density, independent of the impurity seeding. This experiment further closes the gap in understanding the confinement differences observed in carbon and metal wall devices; the absence of carbon can be substituted by nitrogen which leads to a similar confinement benefit. So far, no definite physics explanation for the confinement enhancement has been obtained, but the experimental observations in this paper provide input for further model development.
炭素(CD4)と窒素(N2)がタングステン壁を有するASDEX Upgrade (AUG)にシード(注入)され、両方とも20〜30%の閉じ込め改善をもたらした。参照プラズマは、Ip/BT = 1 MA/2.5 T、全入力パワーPtot ~ 12 MW、規格化圧力βN ~ 1.8の標準的なターゲットプラズマである。この実験では、CおよびNの不純物濃度2%が達成され、Zeffが~1.3から~1.7へとわずかに増加するのみであり、炭素と窒素はコア、ペデスタル、ダイバータプラズマに対してほぼ完全に交換可能である。CとNの放射ポテンシャルは類似しており、そのピークは100 eVをはるかに下回るため、両不純物はダイバータ放射体として作用し、ペデスタル領域のはるか外側で放射する。外部ダイバータは、デタッチメントによる閉じ込め劣化を避けるために、CとNをシード(注入)する際に意図的にアタッチ状態に保たれる。窒素についての以前の出版物で報告されたように、炭素もまた、内側ダイバータ打ち寄せ点の上のスクレイプオフ層における高磁場側高密度(いわゆるHFSHD)を約50%低減することが観察される。これは、両シードガスについて、低い(δ ~ 0.25)および高い(δ ~ 0.4)三角形度配位の両方で、ペデスタル温度の増加と硬いコア温度分布により、閉じ込め改善を伴う。電子密度分布は、シード(注入)による明らかな変化を示さない。直交する効果として、三角形度を増加させると、不純物シード(注入)とは無関係に、ペデスタル密度が追加的に増加する。この実験は、炭素壁および金属壁装置で観察される閉じ込めの差異の理解におけるギャップをさらに埋めるものである。炭素の不在は、同様の閉じ込め上の利点をもたらす窒素によって代替され得る。これまでのところ、閉じ込め向上に対する決定的な物理的説明は得られていないが、本論文の実験的観察は、さらなるモデル開発への入力(情報)を提供する。