Understanding how the stored thermal energy scales with the main ion isotope, or mixtures of isotopes, in a tokamak is a key question for predicting the performance of future deuterium–tritium operations in ITER and fusion power plants. Although this remains an active area of research, a complete understanding has yet to be achieved. In this study, three JET H-mode discharges with matched engineering parameters are analysed to provide further experimental and analytical input into the investigation of mass scaling of the plasma turbulent transport. The discharges comprise one almost pure hydrogen, one mixed hydrogen–deuterium and one almost pure deuterium plasma. The analysis employs both linear gyrokinetic simulations and an integrated modelling framework. Particular attention is given to three mechanisms through which the mass of the main ion species is expected to influence the core thermal stored energy: (i) the boundary conditions set by the H-mode pedestal, especially in relation to stiff behaviour of temperature and density profiles; (ii) E × B shearing arising from neutral beam injection driven rotation; and (iii) the contribution of electron temperature gradient-modes to plasma transport. The results presented indicate that the pedestal and E × B shearing was key in explaining the increased thermal stored energy in the core in the analysed discharges.
トカマクにおいて蓄積熱エネルギーが主イオン同位体、または同位体の混合物にどのように依存してスケーリングするかを理解することは、ITERおよび核融合発電所における将来の重水素–三重水素運転の性能を予測するための重要な問題である。これは依然として活発な研究分野であるが、完全な理解にはまだ至っていない。本研究では、整合された工学パラメータを持つ3つのJET Hモード放電を解析し、プラズマ乱流輸送の質量スケーリングの調査にさらなる実験的および解析的知見を提供する。放電は、ほぼ純水素、水素–重水素混合、ほぼ純重水素の3つのプラズマから構成される。解析では、線形ジャイロ運動論シミュレーションと統合モデリングフレームワークの両方を採用している。主イオン種の質量がコアの蓄積熱エネルギーに影響を与えると予想される3つのメカニズムに特に注意が払われる：(i) Hモードペデスタルによって設定される境界条件、特に温度・密度プロファイルのスティッフな挙動に関連するもの；(ii) 中性粒子ビーム入射による回転から生じるE × Bシア流；(iii) 電子温度勾配モードのプラズマ輸送への寄与。提示された結果は、解析された放電におけるコアの蓄積熱エネルギーの増加を説明する上で、ペデスタルとE × Bシア流が鍵であったことを示している。