XuanLong-50 (EXL-50) is the first medium-size spherical torus (ST) in China, with the toroidal field of 0.5 T at a major radius of 50 cm. Central Solenoid (CS)—free and non-inductive current drive via electron cyclotron resonance heating (ECRH) were the main physics research issue for EXL-50. Plasma currents from 50 kA to 180 kA were routinely achieved in EXL-50, with the current flattops sustained for up to or beyond 2 s. The current drive effectiveness on EXL-50 reached as high as 1 A W−1 for low-density discharges using 28 GHz ECRH alone for heating power less than 200 kW. The plasma current reached Ip > 80 kA for high-density (>5 × 1018 m−2) discharges with 150 kW 28 GHz ECRH. Higher performance discharge (Ip of about 120 kA and core density of about 1 × 1019 m−3) was achieved with 150 kW 50 GHz ECRH. The plasma current in EXL-50 was mainly carried by the energetic electrons. The physics mechanisms for the solenoid-free ECRH current drive and the energetic electrons have also been investigated. Preliminary experimental results indicate that 100 kW of lower hybrid current drive waves can drive 20 kA of plasma current. Several boron injection systems were installed and tested in EXL-50, including B2H6 gas puffing, boron powder injection, boron pellet injection. The upgrade of EXL-50, the EXL-50U, has begun experimental research to address these issues of ST proton-boron plasmas over a much wider parameter space.
XuanLong-50 (EXL-50) は、中国初の中型球状トーラス(ST)であり、主半径50cmでトロイダル磁場0.5Tを有する。中央ソレノイド(CS)を用いない非誘導電流駆動を、電子サイクロトロン共鳴加熱(ECRH)によって行うことが、EXL-50の主要な物理研究課題であった。EXL-50では、50kAから180kAのプラズマ電流が定常的に達成され、電流フラットトップは最大2秒、あるいはそれを超えて維持された。EXL-50での電流駆動効率は、28GHz ECRHのみを使用し、加熱電力が200kW未満の低密度放電に対して、最大1 A W−1に達した。150kWの28GHz ECRHを用いた高密度(>5 × 1018 m−2)放電では、プラズマ電流は Ip > 80 kA に達した。150kWの50GHz ECRHにより、より高性能な放電(Ip約120kA、中心密度約1 × 1019 m−3)が達成された。EXL-50におけるプラズマ電流は、主に高エネルギー電子によって担われていた。ソレノイドを用いないECRH電流駆動と高エネルギー電子に関する物理メカニズムも調査されている。予備的な実験結果は、100kWの低域混成電流駆動波が20kAのプラズマ電流を駆動できることを示している。B2H6ガス噴射、ボロン粉末注入、ボロンペレット注入を含む、複数のボロン注入システムがEXL-50に設置され、試験された。EXL-50のアップグレード機であるEXL-50Uは、はるかに広いパラメータ空間におけるST陽子-ボロンプラズマのこれらの課題に取り組むため、実験研究を開始している。