Pulsed plasma experiments simulating the transient divertor heat loads caused by edge-localized modes (ELMs) were conducted in Magnum-PSI, a linear plasma device capable of generating ITER-relevant conditions. The dynamic responses of detached recombining helium (He) plasmas to the pulsed plasma were observed through time-resolved laser Thomson scattering measurements and optical emission spectroscopy. Experimental results indicate that He atom depletion occurs in high-density pulsed plasmas due to a reduced mean-free-path and increased plasma pressure. This limits plasma-neutral interactions, suppressing energy dissipation via direct excitation and electron–ion recombination processes. The He II and He I emissions were found to peak sequentially, suggesting that doubly-ionized He ions recombine first, followed by the recombination of singly-ionized He ions. These findings suggest that the neutral penetration and recombination efficiency are significantly reduced in pulsed plasmas, challenging heat flux mitigation in fusion divertors. The results provide critical insights into the behavior of He ash transported by ELMs and plasma detachment under high-density pulsed conditions, highlighting the need for further studies on neutral fueling strategies in ITER-relevant environments.
周辺局在モード(ELM)によって引き起こされる過渡的ダイバータ熱負荷を模擬するパルスプラズマ実験が、ITER関連条件を生成可能な線形プラズマ装置Magnum-PSIにおいて実施された。非接触再結合ヘリウム(He)プラズマのパルスプラズマに対する動的応答が、時間分解レーザートムソン散乱計測および発光分光法によって観測された。実験結果は、高密度パルスプラズマにおいて、平均自由行程の減少とプラズマ圧力の増加により、He原子の枯渇が発生することを示している。これによりプラズマ-中性粒子間相互作用が制限され、直接励起および電子-イオン再結合過程によるエネルギー散逸が抑制される。He IIおよびHe Iの発光が順にピークに達することが見いだされ、これは二重電離したHeイオンが最初に再結合し、その後、単一電離したHeイオンの再結合が起こることを示唆している。これらの知見は、パルスプラズマ中で中性粒子の侵入と再結合効率が大幅に低下することを示唆しており、核融合ダイバータにおける熱流束緩和に課題を投げかけるものである。本結果は、ELMによって輸送されるHe灰および高密度パルス条件下でのプラズマ非接触状態の挙動に関する重要な洞察を提供し、ITER関連環境における中性粒子供給戦略のさらなる研究の必要性を強調するものである。