Neutral beam injection (NBI), one of the most effective heating methods for tokamak plasmas, requires carefully controlled operation to minimize losses and maximize heating efficiency. In this study, enhanced NBI heating efficiency is demonstrated by adjusting the neutral beam fraction in the versatile experiment spherical torus (VEST). NUBEAM simulation results suggest that reducing beam energy may lead to improved heating efficiency for typical VEST ohmic plasmas. To achieve this, rather than simply reducing beam energy, the beam species fraction is adjusted by modifying the NBI operational conditions to maintain a high neutral beam current. As a result, two distinct beams were produced, exhibiting different power levels and species compositions: one with about 140 kW (: : = 67:12:21) and the other with about 110 kW (: : = 50:10:40). In a high-current (>200 kA) and high-density (>1.5 × 1019 m−3) target plasma conditioned by high-dose boronization for NBI heating, the high beam increased the core electron temperature by 23 eV without causing edge cooling due to impurity influx from the chamber wall. These results demonstrate that by tuning discharge conditions, a single NBI system can achieve various energy distributions, offering a promising approach for enhancing heating and current-drive capabilities in VEST and other devices.
中性粒子ビーム入射（NBI）は、トカマクプラズマの最も効果的な加熱方法の一つであり、損失を最小化し加熱効率を最大化するために、注意深く制御された運転を必要とする。本研究では、多目的実験球状トーラス（VEST）において中性ビーム種割合を調整することにより、NBI加熱効率の向上が実証された。NUBEAMシミュレーション結果は、典型的なVESTオーミックプラズマにおいて、ビームエネルギーを低減することが加熱効率の向上につながる可能性を示唆している。これを達成するために、単にビームエネルギーを低減するのではなく、高い中性ビーム電流を維持するようにNBIの運転条件を変更してビーム種割合を調整した。その結果、異なるパワーレベルと種構成を示す2つの異なるビームが生成された：約140 kW（: : = 67:12:21）のものと、約110 kW（: : = 50:10:40）のものである。高電流（>200 kA）かつ高密度（>1.5 × 1019 m−3）で、NBI加熱のために高線量ボロナイゼーションにより調整されたターゲットプラズマにおいて、高エネルギービームは、容器壁からの不純物流入による周辺冷却を引き起こすことなく、コア電子温度を23 eV上昇させた。これらの結果は、放電条件を調整することにより、単一のNBIシステムが様々なエネルギー分布を達成できることを示しており、VESTおよび他の装置における加熱および電流駆動能力を向上させる有望なアプローチを提供する。