Pellet edge localized mode (ELM) triggering is a well-established scheme for decreasing the time between two successive ELM crashes below its natural value. Reliable ELM pacing has been demonstrated experimentally in several devices, increasing the ELM frequency considerably. However, it was also shown that the frequency cannot be increased arbitrarily due to a so-called lag-time. During this time, after a preceding natural or triggered ELM crash, neither a natural ELM crash occurs nor is it possible to trigger an ELM crash by pellet injection. For this article, pellet ELM triggering simulations are advanced beyond previous studies in two ways. Firstly, realistic E × B and diamagnetic background flows are included. And secondly, the pellet is injected at different stages of the pedestal build-up. This allows us to recover the lag time for the first time in simulations and investigate it in detail. A series of nonlinear extended MHD simulations is performed to investigate the plasma dynamics resulting from an injection at different time points during the pedestal build-up. The experimentally observed lag-time is qualitatively reproduced. In particular, a sharp transition is observed between the regime where no ELMs can be triggered and the regime where pellet injection causes an ELM crash. Via variations of pellet parameters and injection time, the two regimes are studied and compared in detail, revealing pronounced differences in the nonlinear dynamics. The toroidal mode spectrum is significantly broader when an ELM crash is triggered, enhancing the stochasticity and therefore also the losses of thermal energy along magnetic field lines. In the heat fluxes to the divertor targets, pronounced toroidal asymmetries are observed. In the case of high injection velocities leading to deep penetration, the excitation of core modes like the 2/1 neoclassical tearing mode is also observed.
ペレット端部局在モード（ELM）トリガリングは、連続する2つのELMクラッシュ間の時間をその自然値以下に減少させるための確立された手法である。信頼性の高いELMペーシングは、複数の装置において実験的に実証されており、ELM周波数を大幅に増加させている。しかしながら、この周波数は、いわゆる遅延時間のために無制限に増加させることができないことも示されている。この遅延時間の間は、先行する自然またはトリガーされたELMクラッシュの後、自然ELMクラッシュは発生せず、ペレット注入によるELMトリガリングも不可能である。本論文では、ペレットELMトリガリングのシミュレーションを、以下の2点において先行研究から発展させる。第一に、現実的なE×Bおよび反磁性背景流を考慮する。第二に、ペデスタル構築の異なる段階でペレットを注入する。これにより、遅延時間を初めて再現し、その詳細を調査することが可能となる。非線形拡張MHDシミュレーションの一連の実行を通じて、ペデスタル構築の異なる時点での注入によって生じるプラズマ動力学を調査する。実験的に観測された遅延時間が定性的に再現される。特に、ELMをトリガーできない領域と、ペレット注入がELMクラッシュを引き起こす領域との間で、鋭い遷移が観測される。ペレットパラメータと注入時期を変化させることにより、これら2つの領域を詳細に比較検討し、非線形動力学における顕著な差異を明らかにする。ELMクラッシュがトリガーされる場合、トロイダルモードスペクトルは著しく広がり、それにより確率性が増大し、磁力線に沿った熱エネルギーの損失も増大する。ダイバータターゲットへの熱流束においては、顕著なトロイダル非対称性が観測される。さらに、高い注入速度による深いペネトレーションの場合には、2/1新古典テアリングモードのようなコアモードの励起も観測される。