Three-dimensional trajectories of incandescent dust particles in plasmas were observed with stereoscopic fast framing cameras in a large helical device. It proved that the dust is located in the peripheral plasma and most of the dust moves along the magnetic field lines with acceleration in the direction that corresponds to the plasma flow. ICRF heated long pulse plasma discharges were terminated with the release of large amounts of dust from a closed divertor region. After the experimental campaign, the traces of exfoliation of carbon rich mixed-material deposition layers were found in the divertor region. Transport of carbon dust is investigated using a modified dust transport simulation code, which can explain the observed dust trajectories. It also shows that controlling the radius of the dust particles to less than 1 mm is necessary to prevent the plasma termination by penetration of dust for the long pulse discharges. Dust transport simulation including heavy metal dust particles demonstrates that high heating power operation is effective for shielding the main plasma from dust penetration by an enhanced plasma flow effect and a high heat load onto the dust particles in the peripheral plasma. It shows a more powerful penetration characteristic of tungsten dust particles compared to that of carbon and iron dust particles.
大型螺旋装置において、ステレオ高速フレーミングカメラを用いて、プラズマ中の白熱ダスト粒子の3次元軌跡を観測した。その結果、ダスト粒子が周辺プラズマに位置し、その大部分がプラズマ流に対応する方向に加速されながら磁力線に沿って移動することが実証された。ICRF加熱による長時間パルス放電は、閉ダイバータ領域からの大量のダスト放出を伴って終了した。実験キャンペーン後、ダイバータ領域には炭素系混合堆積層の剥離痕が認められた。改良されたダスト輸送シミュレーションコードを用いて炭素ダストの輸送を解析した結果、観測されたダスト軌跡を説明できることが示された。また、長時間パルス放電において、ダスト粒子の半径を1 mm未満に制御することが、ダストの浸透によるプラズマ終了を防ぐために必要であることが示された。重金属ダスト粒子を含むダスト輸送シミュレーションにより、高加熱出力運転は、増強されたプラズマ流効果と周辺プラズマ中のダスト粒子への高熱負荷により、主プラズマへのダスト浸透を遮蔽するのに有効であることが実証された。さらに、タングステンダスト粒子は、炭素および鉄ダスト粒子と比較して、より強い浸透特性を示すことが明らかになった。