This study investigates the impact of impurity peaking factor (PF) on turbulence and ion temperature (Ti) in Experimental Advanced Superconducting Tokamak (EAST) argon-seeded plasmas. Through controlled impurity injection and comprehensive diagnostic analyses, the experiments demonstrate that both turbulence stabilization and Ti enhancement are influenced not only by impurity concentration but also critically by PF. Specifically, impurity seeding induces a steep core impurity density gradient in the unfavorable toroidal field Bt, leading to an 18.8% increase in core Ti. In contrast, the core impurity density gradient is weaker in the favorable Bt, resulting in negligible changes in core Ti. Simulation analyses further confirm that high PF suppresses ion temperature gradient (ITG) turbulence, reducing ion thermal diffusivity (χi) and thereby facilitating Ti enhancement. This work presents the first experimental evidence on EAST that PF-driven ITG stabilization leads to Ti enhancement, offering valuable insights into impurity control strategies and plasma performance optimization for future fusion device.
本研究は、Experimental Advanced Superconducting Tokamak (EAST) のアルゴン入射プラズマにおける乱流およびイオン温度(Ti)に対する不純物ピーキング因子(PF)の影響を調査するものである。制御された不純物入射と包括的な診断解析を通じて、実験により、乱流安定化とTi向上の両方が不純物濃度だけでなく、PFによっても決定的に影響を受けることが実証された。具体的には、不純物入射は、不利なトロイダル磁場Btにおいて急峻なコア不純物密度勾配を誘起し、コアTiの18.8%の増加をもたらす。対照的に、有利なBtではコア不純物密度勾配が弱く、その結果コアTiの変化は無視できる程度である。シミュレーション解析により、高いPFがイオン温度勾配(ITG)乱流を抑制し、イオン熱拡散率(χi)を低減させ、それによってTi向上を促進することがさらに確認された。本研究は、PF駆動のITG安定化がTi向上につながることをEASTで初めて実験的に実証したものであり、将来の核融合装置における不純物制御戦略とプラズマ性能最適化に貴重な知見を提供する。