This paper validates for the first time the predictive capability of the DYON code for plasma initiation in EAST, which has metallic wall, superconducting coils and conventional tokamak shape, like ITER. The model accurately reproduced the operating spaces of loop voltage and prefill gas pressure for ohmic discharges, demonstrating its validity in predicting the required operating parameters for successful inductive plasma initiation in EAST. The role of wall conditioning on plasma initiation was investigated with the newly developed physical sputtering models of Boron and Lithium. In EAST experiments, it was observed that the discharges after boronisation of the wall are much more vulnerable to plasma burn-through failure than after lithium-coating. The simulation results revealed that despite the similar physical sputtering yield in Boron and Lithium, the radiative energy loss rates for the boron-coated wall are significantly higher than those for the lithium-coated wall, due to the much higher radiative power coefficients of Boron. Parametric scans of initial Boron content in ohmic discharge at the typical prefilled gas pressure in EAST (0.8 mPa) showed that even 1.5% of Boron content in the prefilled gas, possibly remaining after boronisation of the wall, could lead to excessive radiation energy losses and failure of plasma burn-through. For successful plasma burn-through with 1.5% initial boron content, the modelling indicates 10 kW absorption of EC power is required, and it increases with more initial boron e.g. 50 kW for 3% initial boron content.
本論文は、金属壁、超伝導コイル、およびITERのような従来型トカマク形状を有するEASTにおけるプラズマ立ち上げに対するDYONコードの予測能力を初めて検証するものである。このモデルは、オーミック放電におけるループ電圧とプリフィルガス圧力の動作領域を正確に再現し、EASTにおける誘導プラズマ立ち上げの成功に必要な動作パラメータを予測する上での有効性を示した。プラズマ立ち上げに対する壁コンディショニングの役割は、新たに開発されたホウ素とリチウムの物理スパッタリングモデルを用いて調査された。EAST実験では、壁のホウ素化後の放電は、リチウム被覆後よりもプラズマのバーンスルー失敗に対してはるかに脆弱であることが観察された。シミュレーション結果は、ホウ素とリチウムの物理スパッタリング収率が同様であるにもかかわらず、ホウ素被覆壁の放射エネルギー損失率は、ホウ素の放射出力係数がはるかに高いために、リチウム被覆壁のそれよりも有意に高いことを明らかにした。EASTにおける典型的なプリフィルガス圧力（0.8 mPa）でのオーミック放電における初期ホウ素含有量のパラメトリックスキャンにより、壁のホウ素化後に残留する可能性のあるプリフィルガス中のわずか1.5%のホウ素含有量でも、過大な放射エネルギー損失とプラズマのバーンスルー失敗を引き起こし得ることが示された。初期ホウ素含有量1.5%でのプラズマのバーンスルー成功には、モデリングによればECパワーの10 kWの吸収が必要であり、これは初期ホウ素含有量が多くなると増加し、例えば初期ホウ素含有量3%では50 kWが必要となる。