Experimental research on the electron cyclotron wave (ECW) pre-ionization and assisted start-up was carried out systematically for the first time in EAST tokamak, which is a superconducting device with ITER-like full metal wall. Breakdown and plasma initiation at low toroidal electric fields (<0.3 V m−1) with ECW pre-ionization and startup assistance has been demonstrated. Also, the parameter domain of breakdown is significantly extended towards higher prefill gas pressure. The effect of ECW injection timing, power, toroidal injection angle on breakdown were also investigated. Injecting ECW earlier leads to an earlier breakdown and a higher plasma current ramp rate. The electron cyclotron heating (ECH) power threshold for breakdown in EAST is approximately 0.4 MW. In the range of ECH power tested in this work, higher ECH power is advantageous for achieving earlier and faster breakdown. Furthermore, the breakdown with radial ECW injection occurs earlier compared with oblique injections (co-current and counter-current). During the ECW-assisted startup, the process of burn-through is prolonged by the higher pre-filled gas pressure even though it enhances the ease of breakdown. In addition, compared to the low hybrid wave assistance, the ECW assistance has an effect in averting the generation of runaway electrons and improving the safety of device during startup. Moreover, the ECW assistance exhibits a high tolerance to the impurity and thus ensures a high ramp rate of plasma current even with a high impurity level.
電子サイクロトロン波(ECW)予備電離および補助立ち上げに関する実験研究が、ITER類似の全金属壁を有する超伝導装置であるEASTトカマクにおいて初めて系統的に実施された。ECW予備電離と立ち上げ補助を用いた低トロイダル電場(<0.3 V m−1)での絶縁破壊とプラズマ開始が実証された。また、絶縁破壊のパラメータ領域は、より高いプレフィルガス圧力側へ大幅に拡張された。ECW入射タイミング、パワー、トロイダル入射角が絶縁破壊に及ぼす影響も調査された。ECWをより早く入射すると、より早い絶縁破壊とより高いプラズマ電流立ち上がり速度が得られる。EASTにおける絶縁破壊のための電子サイクロトロン加熱(ECH)パワー閾値は約0.4 MWである。本研究で試験されたECHパワーの範囲では、より高いECHパワーが、より早くかつより速い絶縁破壊の達成に有利である。さらに、径方向ECW入射による絶縁破壊は、斜め入射(同方向電流および逆方向電流)と比較してより早く発生する。ECW補助立ち上げ中、より高いプレフィルガス圧力は絶縁破壊の容易さを高めるものの、バーンスルー過程を長期化させる。さらに、低ハイブリッド波補助と比較して、ECW補助は、立ち上げ中における逃走電子の発生を回避し、装置の安全性を向上させる効果がある。さらに、ECW補助は不純物に対する高い耐性を示し、高い不純物レベルであってもプラズマ電流の高い立ち上がり速度を保証する。