A critical issue for achieving the integrated operation of steady-state long-pulse high-confinement (H-mode) plasmas on experimental advanced superconducting tokamak (EAST) is to improve beam ion population confinement during neutral beam injection (NBI). To study the characterization of beam ion loss and improve beam ion confinement, the steady-state long pulse scenario discharges were conducted on EAST (βp ⩾ 2.0, βN ⩾ 1.7, q95 ⩾ 6.7 and H98y2 ⩾ 1.1) with NBI heating. Based on neutron yield, the beam voltage and line-averaged electron density were adjusted from 50 kV to 60 kV and 4.4 × 1019 m−3 to 5.0 × 1019 m−3, respectively. The results show that the dominant mechanisms of beam ion loss are shine-through loss, prompt loss, and stochastic ripple loss. The shine-through loss fraction is determined by initial velocity, flight time and entire beam path. The change in prompt loss fraction is caused by the change in the deposition of beam ions. The change in stochastic ripple loss fraction is caused by the change in the initial fraction of trapped-confined ions. Detailed physics shows that the prompt loss fraction during counter-Ip injections (∼45%) is far larger than during co-Ip injections (∼5%) due to the finite orbit width. The lost ions are mainly deposited on the lower divertor or below the midplane since the direction of magnetic drift is vertical down. The orbit types of prompt loss during counter-Ip injections are mainly trapped-lost and ctr-passing lost. To minimize the prompt loss fraction during counter-Ip injections, a reversed Ip configuration (rev-Ip) discharge #94758 was conducted. The result suggests that the beam ion wall load fraction during counter-Ip tangential injection (∼3%) is far lower than that in normal Ip configuration (nor-Ip) discharge #94820. It is also found that the confinement of beam ion population in the counter-Ip injection #94758 was greatly improved when compared to #94820. This study can provide unique support for the improvement of beam ion population confinement and for the performance evaluation of the NBI system on EAST and future tokamaks.
実験型先進超伝導トカマク（EAST）における定常長時間高閉じ込め（Hモード）プラズマの統合運転を実現するための重要な課題は、中性粒子ビーム入射（NBI）中のビームイオン閉じ込めを改善することである。ビームイオン損失の特性評価とビームイオン閉じ込めの改善を目的として、NBI加熱を用いた定常長時間シナリオ放電をEASTで実施した（βp ≥ 2.0、βN ≥ 1.7、q95 ≥ 6.7、H98y2 ≥ 1.1）。中性子収量に基づき、ビーム電圧と線平均電子密度をそれぞれ50 kVから60 kV、4.4 × 10¹⁹ m⁻³から5.0 × 10¹⁹ m⁻³に調整した。結果は、ビームイオン損失の主要なメカニズムが、透過損失、即時損失、および確率的リップル損失であることを示している。透過損失割合は、初期速度、飛行時間、および全ビーム経路によって決定される。即時損失割合の変化は、ビームイオンの堆積位置の変化によって引き起こされる。確率的リップル損失割合の変化は、捕捉-閉じ込めイオンの初期割合の変化によって引き起こされる。詳細な物理解析により、反電流方向（counter-Ip）入射時の即時損失割合（約45%）は、有限軌道幅の効果により、共電流方向（co-Ip）入射時（約5%）よりもはるかに大きいことが示された。損失イオンは、磁気ドリフトの方向が鉛直下向きであるため、主にダイバータ下部または赤道面より下方に堆積する。反電流方向入射時の即時損失の軌道タイプは、主に捕捉-損失および反電流方向通過-損失である。反電流方向入射時の即時損失割合を最小化するために、反転Ip配位（rev-Ip）放電#94758を実施した。その結果、反電流方向接線入射時のビームイオン壁負荷割合（約3%）は、通常Ip配位（nor-Ip）放電#94820よりもはるかに低いことが示唆された。また、反電流方向入射放電#94758におけるビームイオン閉じ込めは、#94820と比較して大幅に改善されることも見出された。本研究は、EASTおよび将来のトカマクにおけるビームイオン閉じ込めの改善とNBIシステムの性能評価に対して独自の支援を提供することができる。