In the Large Helical Device (LHD) operated with a metallic (stainless steel) first wall, it is found that the iron density, nFe, at the plasma core is fairly low (nFe ⩽ 108 cm−3) in general neutral beam (NB)-heated discharges, while the iron quickly increases with the appearance of impurity accumulation when a multi-hydrogen ice pellet is injected or the NB input power is largely reduced. Although the highest iron density (nFe ⩽ 1010 cm−3) at the plasma centre in the LHD is observed from such discharges, it suggests a still low iron concentration (nFe/ne < 10−3). Therefore, the edge iron transport in the ergodic layer, which determines the iron influx to the core plasma, is studied to clarify why the iron density in the core plasma is low. A line ratio of Fe XV located in the vicinity of the last closed flux surface to Fe VIII (or Fe IX) located in the ergodic layer decreases with density. The two-dimensional (2D) edge iron emission of Fe XVI and Fe IX is enhanced in the vicinity of the X-point with a larger number of magnetic field lines directly connected to divertor plates, which suggests that iron ions from the first wall move downstream. The density of edge Fe15+ ions giving the iron influx to the core plasma is analysed with the 2D distribution. The analysis also shows that the iron influx to the core plasma decreases with density. These results clearly indicate that the screening effect developed in the ergodic layer works well for iron ions coming from the first wall. A three-dimensional edge transport simulation with EMC3-EIRENE can also predict an effective impurity screening for heavy impurities compared to light impurities.
大型ヘリカル装置（LHD）において、金属（ステンレス）第一壁で運転した場合、一般的な中性粒子ビーム（NB）加熱放電では、プラズマ中心部の鉄密度 nFe はかなり低い（nFe ≤ 10⁸ cm⁻³）ことが見出された。一方、多量の水素ペレット入射時やNB入射電力が大幅に低減された際には、不純物蓄積の出現に伴って鉄密度は急速に増加する。LHDのプラズマ中心部で観測される最高の鉄密度（nFe ≤ 10¹⁰ cm⁻³）であっても、鉄濃度は依然として低い（nFe/ne < 10⁻³）ことを示している。そこで、プラズマ中心部の鉄密度がなぜ低いのかを明らかにするため、コアプラズマへの鉄流入量を決定するエルゴディック層における周辺部鉄輸送が研究された。最後の閉じた磁気面付近に位置するFe XVと、エルゴディック層に位置するFe VIII（またはFe IX）の発光強度比は、密度とともに減少する。Fe XVIおよびFe IXの2次元（2D）周辺部鉄発光は、ダイバータ板に直接接続される磁力線数が多いX点近傍で増強されており、これは第一壁から発生した鉄イオンが下流方向へ移動することを示唆している。コアプラズマへの鉄流入量をもたらす周辺部Fe¹⁵⁺イオン密度は、2D分布を用いて解析された。この解析により、コアプラズマへの鉄流入量は密度とともに減少することも示された。これらの結果は、エルゴディック層で発達した遮蔽効果が、第一壁から流入する鉄イオンに対して有効に機能することを明確に示している。さらに、EMC3-EIRENEによる3次元周辺部輸送シミュレーションは、軽不純物と比較して重不純物に対して効果的な不純物遮蔽を予測することもできる。