Control of impurities, fuel recycling and hydrogen content by lithium evaporative coatings and real-time lithium powder injection (LPI) in EAST are studied for high performance H-mode discharges of up to ∼100 s. The results show that the lithium evaporative coatings significantly reduced both the low-Z impurity carbon and high-Z impurity tungsten as well as molybdenum concentration in the plasmas, and the impurities concentration significantly reduced with the accumulated lithium coatings and maintained well afterwards. Specifically the high-Z tungsten core impurity concentration was maintained between 3 ppm–15 ppm during the 101 s H-mode discharge, which is acceptable for the long pulse operation. In addition, real-time wall conditioning via LPI successfully reduced the core high-Z metal impurities by 50% during ∼35 s long pulse H-mode discharge, exhibiting strong compatibility between real-time LPI with long pulse discharges. In addition, evaporative lithium coatings demonstrated fuel recycling control, with fuel recycling obviously reducing with lithium coatings and maintaining well afterwards. Also, the lithium evaporative coatings reduced the hydrogen minority species content, represented by the density ratio H/(H + D), from ∼50% down to ∼5% with accumulated lithium coatings; low hydrogen fraction improved the ICRF minority heating efficiency. Finally the real-time LPI reduced the recycling coefficient Rglobal from 0.95 to 0.82. With these wall conditionings help, the plasma density controlled well during the 101 s long pulse H-mode discharge. These results provide valuable references on impurities, fuel recycling and hydrogen content control for future longer pulse high performance H-mode operation (≥400 s) in EAST and future fusion devices.
EASTにおけるリチウム蒸発コーティングとリアルタイムリチウム注入（LPI）による不純物、燃料リサイクリング、水素含有量の制御を、最大約100秒の高性能Hモード放電について研究した。結果は、リチウム蒸発コーティングがプラズマ中の低Z不純物である炭素と高Z不純物であるタングステン、ならびにモリブデン濃度を有意に低減し、不純物濃度はリチウムコーティングの蓄積に伴って有意に減少し、その後も良好に維持されたことを示す。具体的には、101秒のHモード放電中、高Z不純物であるタングステンのコア濃度は3 ppm～15 ppmに維持され、これは長時間パルス運転にとって許容可能である。さらに、リアルタイム壁調整としてのLPIは、約35秒の長時間パルスHモード放電中にコア高Z金属不純物を50%低減することに成功し、リアルタイムLPIと長時間パルス放電との間に強い両立性を示した。また、蒸発リチウムコーティングは燃料リサイクリング制御を実証し、燃料リサイクリングはリチウムコーティングにより明らかに低減し、その後も良好に維持された。さらに、リチウム蒸発コーティングは、水素マイノリティ種の含有量を、密度比H/(H+D)で表して、リチウムコーティングの蓄積に伴い約50%から約5%へ低減し、低水素割合はICRFマイノリティ加熱効率を改善した。最後に、リアルタイムLPIはリサイクリング係数Rglobalを0.95から0.82へ低減した。これらの壁調整により、101秒の長時間パルスHモード放電中、プラズマ密度は良好に制御された。これらの結果は、EASTにおける将来のより長いパルス高性能Hモード運転（≥400秒）および将来の核融合装置における、不純物、燃料リサイクリング、水素含有量の制御に関する貴重な参考を提供する。