Large edge-localized modes (ELMs) were mitigated by gravitational injection of lithium granules into the upper X-point region of the experimental advanced superconducting tokamak (EAST) device with tungsten plasma-facing components. The maximum ELM size was reduced by ∼70% in high βN H-mode plasmas. Large ELM stabilization was sustained for up to about 40 energy confinement times, with constant core radiated power and no evidence of high-Z or low-Z impurity accumulation. The lithium granules injection reduced the edge plasma pedestal density and temperature and their gradients, due to increased edge radiation and reduced recycling from the plasma-facing components. Ideal stability calculations using the ELITE code indicate that the stabilization of large ELMs correlates with improved stability of intermediate-n peeling-ballooning modes, due to reduced edge current resulting from the profile changes. The pedestal pressure reduction was partially offset by a core density increase, which resulted in a modest ∼7% drop in core stored energy and normalized energy confinement time. We surmise that the remnant small ELMs are triggered by the penetration of multiple Li granules just past the separatrix, similar to small ELMs triggered by deuterium pellet Futatani et al (2014 Nucl. Fusion54 073008). This study extends previous ELM elimination with Li powder injection Maingi et al (2018 Nucl. Fusion58 024003) in EAST because (1) use of small, dust-like powder and the related potential health hazards were eliminated, and (2) use of macroscopic granules should be more applicable to future devices, due to deeper penetration than dust particles, e.g. inside the separatrix with velocities ∼10 m s−1 in EAST.
大型エッジ局在モード（ELM）は、タングステン製プラズマ対向機器を備えた実験先進超伝導トカマク（EAST）装置の上部X点領域へのリチウム顆粒の重力注入によって緩和された。最大ELMサイズは、高βN Hモードプラズマにおいて約70%低減された。大型ELMの安定化は、コア放射損失を一定に保ち、高Zまたは低Z不純物の蓄積の証拠がない状態で、約40のエネルギー閉じ込め時間まで持続した。リチウム顆粒の注入は、プラズマ対向機器からのリサイクリングの低減とエッジ放射の増加により、エッジプラズマのペデスタル密度と温度およびそれらの勾配を低減した。ELITEコードを用いた理想安定性計算は、大型ELMの安定化が、プロファイル変化に起因するエッジ電流の低減による中間nペーリング・バルーニングモードの安定性向上と相関することを示している。ペデスタル圧力の低下は、コア密度の増加によって部分的に相殺され、その結果、コア蓄積エネルギーと規格化エネルギー閉じ込め時間は約7%の緩やかな低下となった。残存する小型ELMは、重水素ペレットによって引き起こされる小型ELMと同様に、複数のLi顆粒がセパラトリックスをわずかに越えて浸透することによって引き起こされると推測される（Futatani et al (2014 Nucl. Fusion54 073008)）。本研究は、EASTにおけるLi粉末注入による従来のELM除去（Maingi et al (2018 Nucl. Fusion58 024003)）を拡張するものである。その理由は、(1) 小さな粉塵状粉末の使用とそれに関連する潜在的な健康被害が排除されたこと、および (2) 巨視的な顆粒の使用は、粉塵粒子よりも深い浸透（例えばEASTではセパラトリックス内側への速度約10 m s⁻¹）が可能であるため、将来の装置により適用可能であるべきことである。