Understanding the dependence of confinement on collisionality in tokamaks is important for the design of next-step devices, which will operate at collisionalities at least one order of magnitude lower than in the present generation. A wide range of collisionality has been obtained in the National Spherical Torus Experiment (NSTX) by employing two different wall conditioning techniques, one with boronization and between-shot helium glow discharge conditioning (HeGDC+B), and one using lithium evaporation (Li EVAP). Previous studies of HeGDC+B plasmas indicated a strong increase of normalized confinement with decreasing collisionality. Discharges with lithium conditioning discussed in the present study generally achieved lower collisionality, extending the accessible range of collisionality by a factor of two. While the confinement dependences on dimensional, engineering variables of the HeGDC+B and Li EVAP datasets differed, collisionality was found to unify the trends, with the lower collisionality lithium conditioned discharges extending the trend of increasing normalized confinement time, BTτE, with decreasing collisionality when other dimensionless variables were held as fixed as possible. This increase of confinement with decreasing collisionality was driven by a large reduction in electron transport in the outer region of the plasma. This result is consistent with gyrokinetic calculations that show microtearing and electron temperature gradient (ETG) modes to be more stable for the lower collisionality discharges. Ion transport, near neoclassical at high collisionality, became more anomalous at lower collisionality, possibly due to the growth of hybrid TEM/KBM modes in the outer regions of the plasma.
トカマクにおける閉じ込めの衝突頻度依存性を理解することは、次世代装置の設計にとって重要であり、次世代装置は現世代よりも少なくとも一桁低い衝突頻度で運転されることになる。ナショナル・スポリカル・トーラス・エクスペリメント（NSTX）では、2種類の壁調整技術、すなわちボロン化とショット間ヘリウムグロー放電洗浄（HeGDC+B）を用いる方法と、リチウム蒸着（Li EVAP）を用いる方法を採用することにより、広範囲の衝突頻度が達成された。HeGDC+Bプラズマに関する従来の研究では、規格化閉じ込めが衝突頻度の低下とともに強く増加することが示された。本研究で議論するリチウム調整による放電は、一般に低い衝突頻度を達成し、利用可能な衝突頻度の範囲を2倍に拡張した。HeGDC+BデータセットとLi EVAPデータセットでは、閉じ込めの次元的な運転変数に対する依存性は異なっていたが、衝突頻度によって傾向が統一的に記述され、他の無次元変数を可能な限り固定した場合、低衝突頻度のリチウム調整放電は、規格化閉じ込め時間BTτEが衝突頻度の低下とともに増加するという傾向を拡張した。この衝突頻度低下に伴う閉じ込めの増加は、プラズマ外周領域における電子輸送の大幅な低減によってもたらされた。この結果はジャイロ運動論的計算と一致しており、計算によれば、微視的テアリングモードおよび電子温度勾配（ETG）モードは、低衝突頻度の放電においてより安定であることが示された。イオン輸送は、高衝突頻度では新古典論に近い値であったが、低衝突頻度ではより異常輸送的となり、その原因はおそらくプラズマ外周領域におけるハイブリッドTEM/KBMモードの成長によるものと考えられる。