In the stellarator TJ-II, an enhanced-confinement (PiEC) phase is induced by pellet injections (PIs) into the neutral beam injection (NBI) heated phase of its plasmas. As a consequence, its operational regime is extended significantly, with improvements approaching a factor of 1.5 when compared with fuelling by beam, gas-puff and/or wall recycling. The main characteristics of this PiEC phase are: steepened density gradients, increased ion temperatures, record stored energy and particle confinement times and reduced turbulence. In this work, studies are extended to a broadened range of magnetic configurations and heating powers. For instance, an updated dataset confirms the enhancement of energy confinement times following PIs when these are compared with empirical stellarator scaling law predictions (Yamada et al 2005 Nucl. Fusion45 1684) and demonstrates, that such improvements have a magnetic configuration dependency. Thus, in the TJ-II, pellet fuelling defines the current upper operational boundary for NBI-heated plasmas. In addition, a systematic analysis of plasma potential, radial electric field (Er) and its shear is performed for PiEC phases. It reveals that plasma potential becomes more negative across the whole plasma radius after a single injection while additional injections induce steeper density gradients and broaden profiles. In parallel, it shows that the observed increases in radial electric field in the gradient region, from ∼−3 kV m−1 (reference) to ∼−8 kV m−1 (2 pellets) at normalized radius ρ = 0.6, is consistent with neoclassical simulations. Finally, the work presented here indicates also that consecutive injections maintain the radial electric field shear at maximum level (at ρ = 0.75) while steepening density profiles and improving confinement. Thus results indicate that PIs not only acts as plasma fuelling in TJ-II, but also contribute to strengthening shear-driven confinement in the gradient region.
ステラレーターTJ-IIにおいて、高閉じ込め（PiEC）位相は、そのプラズマの中性粒子ビーム入射（NBI）加熱位相へのペレット入射（PIs）によって誘起される。その結果、その運転領域は大幅に拡張され、ビーム、ガスパフ、および/または壁リサイクリングによる燃料供給と比較した場合、改善は1.5倍に近づく。このPiEC位相の主な特徴は、急峻化した密度勾配、増加したイオン温度、記録的な蓄積エネルギーと粒子閉じ込め時間、および低減した乱流である。本研究では、研究は磁気配位と加熱パワーの広範な範囲に拡張される。例えば、更新されたデータセットは、PIs後のエネルギー閉じ込め時間の向上を、経験的ステラレーター相似則予測（Yamada et al 2005 Nucl. Fusion45 1684）と比較した場合に確認し、そのような改善が磁気配位依存性を持つことを実証する。したがって、TJ-IIにおいて、ペレット燃料供給はNBI加熱プラズマの現在の上部運転境界を定義する。さらに、PiEC位相に対して、プラズマ電位、径方向電場（Er）およびそのシアの系統的解析が行われる。それは、単一入射後にプラズマ電位がプラズマ半径全体にわたってより負になる一方、追加の入射はより急峻な密度勾配を誘起しプロファイルを広げることを明らかにする。並行して、それは、勾配領域における径方向電場の観測された増加が、規格化半径ρ = 0.6において∼−3 kV m−1（参照）から∼−8 kV m−1（ペレット2発）へであり、新古典シミュレーションと一致することを示す。最後に、ここで提示された研究は、連続入射が密度プロファイルを急峻化し閉じ込めを改善しながら、径方向電場シアを最大レベル（ρ = 0.75）に維持することも示している。したがって、結果は、PIsがTJ-IIにおいてプラズマ燃料供給として作用するだけでなく、勾配領域におけるシア駆動閉じ込めの強化にも寄与することを示している。