Stable MA-class divertor plasmas have been achieved in the JT-60SA first plasma campaign based on developed control schemes and careful assessment before the plasma operation. Fundamental plasma characteristics and parameter regimes in the first plasma campaign have been examined. The plasma breakdown was obtained at the low toroidal electric field of 0.12–0.15 with a trapped particle configuration and an Electron Cyclotron Heating (ECH) assist. The EC-assisted low breakdown was also obtained in a field null configuration by reducing the residual poloidal magnetic field (∼1 mT) and optimizing the initial coil voltage application during the plasma start-up. For the plasma current ramp, the Plasma Current Centroid scheme and the Adaptive Voltage Allocation scheme have been developed and applied. The former one is beneficial when a large eddy current is generated in the vacuum vessel. The latter one adjusts control gains automatically to avoid voltage saturation and unstable plasma control. The divertor configuration with the plasma current of 1 MA was achieved by using the Cauchy-condition surface scheme and sustained stably (for 3 s in the flat-top) until the flux supplied by the Central Solenoid coils was fully consumed. The plasma has been developed by finding paths to access stable operational regimes to avoid disruptions and critical MHD modes. Power balance analyses showed that the energy confinement time followed the L-mode scaling. A systematic EC wall cleaning has been performed to find suitable conditions for gas removal from the first wall. This paper presents the main scientific results of the plasma operation and the plasma control studies in JT-60SA clarifying the issues of starting plasma operation in a new large superconducting machine. The results can make contributions for ITER and DEMO especially in the first operation campaign and commissioning procedures of plasma operation and control systems.
JT-60SA初期プラズマキャンペーンにおいて、開発された制御手法とプラズマ運転前の慎重な評価に基づき、安定なMA級ダイバータプラズマが達成された。初期プラズマキャンペーンにおける基礎的なプラズマ特性とパラメータ領域が検討された。プラズマブレークダウンは、捕捉粒子配位および電子サイクロトロン加熱（ECH）支援により、0.12–0.15の低トロイダル電場で得られた。EC支援による低電場ブレークダウンは、磁場零点配位においても、残留ポロイダル磁場（∼1 mT）を低減し、プラズマ立ち上げ中の初期コイル電圧印加を最適化することにより得られた。プラズマ電流ランプアップに関しては、プラズマ電流セントロイドスキームと適応電圧配分スキームが開発され、適用された。前者は、真空容器内に大きな渦電流が発生する場合に有効である。後者は、電圧飽和や不安定なプラズマ制御を回避するために制御ゲインを自動的に調整する。プラズマ電流1 MAのダイバータ配位は、コーシー条件表面スキームを用いて達成され、中心ソレノイドコイルから供給される磁束が完全に消費されるまで（フラットトップで3秒間）安定に維持された。プラズマは、ディスラプションや臨界MHDモードを回避するために安定な運転領域への到達経路を見つけることによって発展してきた。パワーバランス解析により、エネルギー閉じ込め時間はLモードスケーリングに従うことが示された。第一壁からのガス除去に適した条件を見つけるために、系統的なEC壁洗浄が実施された。本論文は、JT-60SAにおけるプラズマ運転およびプラズマ制御研究の主要な科学的成果を提示し、新しい大型超伝導装置におけるプラズマ運転開始の課題を明確にするものである。これらの結果は、特に初期運転キャンペーンおよびプラズマ運転・制御システムの試運転手順において、ITERおよびDEMOへの貢献となり得る。