Injection of solid pellets is a key element in several aspects of the operation of a magnetic confinement plasma reactor for fusion applications, including plasma fueling, control and diagnosis. This letter reports observations demonstrating that pellet ablation can begin outside the plasma boundary, by effect of supra-thermal ions, whose orbits, under appropriate conditions, can extend well into the vacuum region. The phenomenon was recorded during plasma discharges in the DIII-D tokamak, combining pulsed modulation of heating neutral beams, with high-frequency injection of sub-millimeter lithium pellets, and it is ascribed to the large fraction of trapped beam ions associated with counter current neutral beam injection. The effect was quantitatively evaluated by means of Monte-Carlo simulations of supra-thermal ion orbits, finding that the heat-deposition was of the order of 50–100 W mm−2, in the region traversed by the lithium pellets before reaching the plasma boundary, which is consistent with the severe pellet deterioration observed for low velocity pellets.
固体ペレットの入射は、核融合応用のための磁気閉じ込めプラズマ炉の運転におけるいくつかの側面、すなわちプラズマ燃料供給、制御、および診断において、重要な要素である。本レターは、超熱イオンの効果により、ペレットのアブレーションがプラズマ境界の外側で開始され得ることを示す観測結果を報告する。これらのイオンの軌道は、適切な条件下では、真空領域まで十分に延び得る。この現象は、DIII-Dトカマクにおけるプラズマ放電中に記録されたものであり、加熱中性粒子ビームのパルス変調と、サブミリメートルのリチウムペレットの高周波入射を組み合わせたものである。また、この現象は、反電流方向中性粒子ビーム入射に伴う捕捉ビームイオンの大きな割合に起因する。この効果は、超熱イオン軌道のモンテカルロシミュレーションによって定量的に評価され、リチウムペレットがプラズマ境界に到達する前に通過する領域における熱堆積が50～100 W mm−2のオーダーであることが分かった。これは、低速ペレットで観測された深刻なペレット劣化と一致する。