The injection of light impurity granules into fusion research discharges has shown a great potential for ELM pacing in future nuclear devices. The present work employed a model considering both pellet ablation and transport to systematically study for the first time the evolution of both impurity Li species and target plasma in the edge plasma during single and repeated Li pellet injections, with all initial information extracted from the EAST experiments. The evolutionary distributions of atomic and ionized Li species were presented and show good consistency with experimental CCD camera images. Simulation studies were carried out for single and repeated pellet injections at the outer mid-plane, and statistical uncertainty of ELM pacing rates triggering ELMs is discussed with regard to related injection conditions. It is found that the pressure locally caused by an ELM pacing pellet (with a diameter of 0.6 ∼ 0.7 mm) was 1.8–2.4 times its unperturbed magnitude in the EAST shots of interest. Accumulation from repeated pellet injections results in the rise of pedestal height at a high injection frequency and this effect becomes stronger with increasing pellet size. Pressure changes are also evident in a scenario of multiple small pellets per stroke, which could lead to a nonnegligible, probabilistic ELM triggering rate observed experimentally. The effects of other possible factors are also discussed. With the assumption that the ELM trigger rate of a Li pellet of 0.7 mm diameter is 100%, the predicted trigger rates are in good agreement with those observed in experiments. This work can help understand the statistically probabilistic behavior of ELM triggering efficiency observed in previous studies.
核融合研究の放電への軽不純物顆粒の注入は、将来の核融合装置におけるELMペーシングに対して大きな可能性を示している。本研究では、ペレットのアブレーションと輸送の両方を考慮したモデルを用いて、EAST実験から抽出したすべての初期情報を用いて、単発および反復Liペレット注入中の周辺プラズマにおける不純物Li種と標的プラズマの両方の時間発展を初めて系統的に研究した。原子状およびイオン化したLi種の時間発展分布を示し、実験的なCCDカメラ画像と良好な一致を示した。外側中平面での単発および反復ペレット注入についてシミュレーション研究を実施し、ELMを誘発するELMペーシング率の統計的不確実性を関連する注入条件に関連して議論した。対象としたEASTショットにおいて、ELMペーシングペレット（直径0.6〜0.7 mm）によって局所的に引き起こされる圧力は、その非摂動時の大きさの1.8〜2.4倍であったことが見出された。反復ペレット注入による蓄積は、高い注入周波数でペデスタル高さの上昇をもたらし、この効果はペレットサイズの増大とともに強くなる。圧力変化は、1ストロークあたり複数の小さなペレットを注入するシナリオでも明らかであり、これは実験的に観測された無視できない確率的ELM誘発率につながる可能性がある。他の可能性のある要因の影響についても議論する。直径0.7 mmのLiペレットのELM誘発率が100%であると仮定すると、予測された誘発率は実験で観測されたものと良好に一致する。この研究は、これまでの研究で観測されたELM誘発効率の統計的確率的挙動を理解するのに役立つ。