This paper deals mainly with the numerical simulation on edge localized mode (ELM) pacing by pellet injection that is useful for fuelling and control of plasma profiles to achieve enhanced tokamak operations. The fuelling and pellet-induced ELMs are simulated with a 1.5-dimensional core transport code, which includes a neutral gas shielding model and a grad-B drift model for pellet deposition in H-mode tokamak plasmas. Fuelling and ELM pacing experiments by pellet injections at JET are introduced as a current experimental approach. For the description of ELM triggering by pellet injection based on ideal ballooning mode criteria, three possible models are suggested and discussed on their ELM characteristics, respectively: (i) the density enhanced ELMs in the post-pellet phase, (ii) the modification of the surface averaged pressure profiles in a transport time scale and (iii) the local increase in the pressure (density and/or temperature) gradients perturbed by pellets. Among them, the pellet-induced density perturbation model is adopted, in practice, to carry out an ELM pacing simulation in preparation for future experiments in KSTAR. The numerical simulation shows that the artificially induced ELM by pellets releases the reduced energy bursts, compared with spontaneous ELMs. The energy loss per burst by the pellet-induced ELM turns out to be much smaller than that by the spontaneous ELM as the pellet injection frequency becomes higher in ELM pacing. Based on the simulation results showing good agreement with the general ELM characteristics observed in pellet pacing experiments, the ELM pacing by pellet injection is very promising for mitigating the ELM energy bursts to the divertor by controlling the injection frequency.
本論文は、向上したトカマク運転を達成するための燃料供給とプラズマ分布の制御に有用な、ペレット入射による周辺局在モード（ELM）ペーシングに関する数値シミュレーションを主に扱う。燃料供給とペレット誘起ELMは、Hモードトカマクプラズマにおけるペレット堆積のための中性ガス遮蔽モデルとgrad-Bドリフトモデルを含む1.5次元コア輸送コードを用いてシミュレーションされる。JETにおけるペレット入射による燃料供給およびELMペーシング実験が、現在の実験的アプローチとして紹介される。理想バルーニングモード基準に基づくペレット入射によるELMトリガリングの記述のために、3つの可能なモデルが提案され、それぞれのELM特性について議論される：（i）ペレット入射後の段階における密度増強ELM、（ii）輸送時間スケールでの表面平均圧力分布の変更、および（iii）ペレットによって摂動された圧力（密度および/または温度）勾配の局所的増加。それらの中で、ペレット誘起密度摂動モデルが、実際に、KSTARでの将来の実験に備えてELMペーシングシミュレーションを実施するために採用される。数値シミュレーションは、ペレットによって人為的に誘起されたELMが、自然発生的なELMと比較して、低減されたエネルギー・バーストを放出することを示す。ペレット誘起ELMによるバースト当たりのエネルギー損失は、ELMペーシングにおいてペレット入射周波数が高くなるにつれて、自然発生的ELMによるものよりもはるかに小さくなることが判明する。ペレットペーシング実験で観察された一般的なELM特性とよく一致するシミュレーション結果に基づき、ペレット入射によるELMペーシングは、入射周波数を制御することによってダイバータへのELMエネルギーバーストを緩和するために非常に有望である。