The main objective of this paper is investigation of methods for reduction of divertor heat loads in order to increase the lifetime of divertor tiles in future fusion reactors. Special emphasis is given to studies of reduction of transient heat loads due to edge localized modes (ELMs). Two methods are compared: argon seeded type-I ELMy H-modes and nitrogen seeded type-III ELMy H-modes. In both scenarios, the impurity seeding leads to a reduction in the pedestal energy and hence a reduction in the energy released by the ELM. This consequentially reduces the power load to the divertor targets. At high radiative power fractions in type-III ELMy H-modes, part of that released ELM energy (small ELMs, below 20 kJ) is dissipated by radiation in the scrape off layer (SOL). Modelling of the ELM mitigation supports the experimental findings. This ELM mitigation by radiative dissipation is not effective for larger ELMs. In between ELMs, the plasma is detached and radiates strongly from the X-point region. During an ELM, the nitrogen in the X-point and divertor region becomes ionized into more weakly radiating higher charge states and the plasma re-attaches for large ELMs. At JET, argon radiates predominantly in the main plasma and not so much in the cold divertor region. Hence, the effect of radiative dissipation of ELM heat fluxes by argon is very low due to the limited argon density in the divertor region. Nevertheless, both scenarios might be compatible with an integrated ITER scenario, with respect to acceptable divertor lifetime and acceptable confinement.
本論文の主目的は、将来の核融合炉におけるダイバータタイルの寿命を延ばすためのダイバータ熱負荷低減手法の調査である。エッジ局在モード（ELM）による過渡熱負荷の低減に関する研究に特に重点が置かれている。アルゴンシードタイプI ELMy Hモードと窒素シードタイプIII ELMy Hモードの2つの手法が比較される。両方のシナリオにおいて、不純物シードはペデスタルエネルギーの低減をもたらし、したがってELMによって放出されるエネルギーの低減をもたらす。これは結果としてダイバータ標的への電力負荷を低減する。タイプIII ELMy Hモードにおける高い放射電力割合では、放出されたELMエネルギーの一部（20 kJ未満の小さなELM）はスクレイプオフ層（SOL）内での放射によって散逸される。ELM緩和のモデリングは実験的知見を裏付けている。この放射散逸によるELM緩和は、より大きなELMには有効ではない。ELM間では、プラズマはデタッチしており、X点領域から強く放射する。ELM中は、X点およびダイバータ領域の窒素はより弱く放射するより高い電荷状態へとイオン化され、大きなELMではプラズマは再付着する。JETでは、アルゴンは主として主プラズマ内で放射し、低温ダイバータ領域ではあまり放射しない。したがって、アルゴンによるELM熱流束の放射散逸の効果は、ダイバータ領域におけるアルゴン密度が限られているため非常に低い。それでもなお、両方のシナリオは、許容可能なダイバータ寿命と許容可能な閉じ込めに関して、統合ITERシナリオと適合する可能性がある。