The hydrogen/deuterium (H/D) isotope effect on a zonal flow and its configuration dependence are experimentally studied in a helical device, Heliotron J. The isotope dependence of a toroidally symmetric potential fluctuation in the frequency range of <∼4 kHz, a zonal flow, is observed in low-density electron cyclotron resonance heated plasmas in Heliotron J. In the standard configuration, the zonal flow interacting with turbulence is enhanced as the D gas fraction increases. The zonal flow is more dominated against turbulent fluctuation in D plasmas, which should have a favourable impact on turbulence transport. Interestingly, however, the opposite dependence of the zonal flow activity on the isotope ratio is also observed in the different magnetic configurations. The configuration dependence observed in this experiment could be one of the factors to explain the difference in the isotope effect of confinement improvement between tokamaks and helical devices. Impurities and radial electric field, which can also be influenced by isotope mass through the difference in neoclassical transport and plasma-wall interaction, have insignificant influences on the zonal flow behaviour in this experiment.
水素/重水素 (H/D) 同位体効果が帯状流に及ぼす影響とその配位依存性が、ヘリカル装置Heliotron Jにおいて実験的に研究された。Heliotron Jの低密度電子サイクロトロン共鳴加熱プラズマにおいて、周波数範囲<∼4 kHzにおけるトロイダル対称な電位揺動、すなわち帯状流の同位体依存性が観測された。標準配位では、乱流と相互作用する帯状流は、Dガス分率の増加に伴って増強される。Dプラズマでは帯状流が乱流揺動に対してより支配的であり、これは乱流輸送に好ましい影響を与えるはずである。しかし興味深いことに、異なる磁場配位では、同位体比に対する帯状流活動の逆の依存性も観測される。本実験で観測された配位依存性は、トカマクとヘリカル装置の間の閉じ込め改善の同位体効果の違いを説明する要因の一つとなり得る。新古典輸送とプラズマ-壁相互作用の違いを通じて同位体質量の影響も受ける可能性がある不純物と径電場は、本実験の帯状流挙動には有意な影響を及ぼさない。