One of the major challenges for the design of future thermonuclear reactors is the problem of power exhaust—the removal of heat fluxes deposited by plasma particles onto the plasma-facing components (PFCs) of the reactor wall. In order for the reactor to work efficiently, the power loading of the PFCs has to stay within their material limits. A substantial part of these heat fluxes can be deposited transiently during the impact of edge localised modes (ELMs), which typically accompany the high confinement mode, a regime foreseen for tokamak ITER and next-step devices. One of the possible ways to mitigate the deposition of localised heat fluxes during ELMs is injection of impurities, which could similarly to inter-ELM detachment dissipate part of the energy carried by plasma particles, the so-called ELM buffering effect. In this contribution, we report on experimental observations in impurity seeded discharges in ASDEX Upgrade, where injection of argon is capable of reducing the ELM energy by up to 80 (60 without degradation of confinement). A simple model of ELM cooling is in some cases capable of providing quantitative prediction of this effect. The ELM peak energy fluence was reduced by a factor 8 without a degradation of the pedestal pressure. Should such mitigation be achieved in ITER, the resulting power loading would satisfy the material limits of divertor tungsten monoblocks (Eich et al 2017 Nucl. Mater. Energy12 84–90) and as such avoid the risk of their melting. The most favourable results in terms of confinement and divertor heat flux mitigation were achieved by use of a mixture of argon and nitrogen, where the later impurity helped to improve the confinement. The ELM frequency was identified as a scaling factor for in discharges with impurity seeding, suggesting that high frequency ELMs are favourable for future devices.
将来の熱核融合炉設計における主要な課題の一つは、電力排気、すなわちプラズマ粒子によって炉壁のプラズマ対向機器（PFC）に堆積する熱流束の除去の問題である。炉が効率的に作動するためには、PFCへの電力負荷はその材料限界内に留まらなければならない。これらの熱流束のかなりの部分は、ELM（周辺局在モード）の衝突の際に過渡的に堆積し得る。ELMは通常、トカマクITERおよび次段階装置で想定されている運転モードである高閉じ込めモードに伴って発生する。ELM中の局所的な熱流束の堆積を緩和する可能な方法の一つは、不純物の注入であり、これはELM間デタッチメントと同様に、プラズマ粒子が運ぶエネルギーの一部を散逸させることができ、いわゆるELMバッファリング効果と呼ばれる。本貢献では、ASDEX Upgradeにおける不純物シード放電の実験的観測について報告する。そこでは、アルゴン注入がELMエネルギーを最大80%（閉じ込めの劣化なしでは60%）低減することができる。ELM冷却の単純なモデルは、場合によってはこの効果の定量的予測を提供することができる。ELMピークエネルギー密度は、ペデスタル圧力の劣化なしに8倍低減された。このような緩和がITERで達成されれば、結果として生じる電力負荷はダイバータタングステンモノブロックの材料限界（Eich et al 2017 Nucl. Mater. Energy12 84–90）を満たし、それによってそれらの溶融のリスクを回避できるであろう。閉じ込めとダイバータ熱流束緩和の観点で最も好ましい結果は、アルゴンと窒素の混合物を使用することで達成され、後者の不純物は閉じ込めの改善に役立った。ELM周波数は、不純物シード放電におけるELMピークエネルギー密度のスケーリング因子として特定され、高周波ELMが将来の装置にとって好ましいことを示唆している。