The superconducting machine LHD has conducted long pulse experiments for four years to achieve long-duration plasmas with high performance. The operational regime was largely extended in discharge duration and plasma density. In this paper, the plasma characteristics, in particular, plasma performance and impurity behaviour in long pulse discharges are described. Confinement studies show that global energy confinement times are comparable to those in short pulse discharges. Long sustainment of high performance plasma, which is equivalent to the previous achievement in other devices, was demonstrated. Long pulse discharges enabled us to investigate impurity behaviour in a long timescale. Intrinsic metallic impurity accumulation was observed in a narrow density window (2–3×1019 m−3) only for hydrogen discharges. Impurity transport study by using active impurity pellet injection shows a long impurity confinement time and an inward convection in the impurity accumulation window, which is consistent with the intrinsic impurity behaviour. The pulsed neon gas injection experiment shows that the neon penetration into the plasma core is caused by the inward convection due to radial electric field. Finally, impurity accumulation control with an externally induced magnetic island at the plasma edge was demonstrated.
超伝導装置LHDは、高性能プラズマの長時間維持を達成するために、4年間にわたり長時間パルス実験を実施してきた。運転領域は、放電時間とプラズマ密度の点で大幅に拡張された。本論文では、長時間パルス放電におけるプラズマ特性、特にプラズマ性能と不純物挙動について述べる。閉じ込め研究により、全球エネルギー閉じ込め時間は短時間パルス放電のものと同等であることが示された。他装置での既往の成果に相当する高性能プラズマの長時間維持が実証された。長時間パルス放電により、長時間スケールでの不純物挙動の調査が可能となった。水素放電においてのみ、狭い密度窓（2–3×10¹⁹ m⁻³）で内部金属不純物の蓄積が観測された。能動的不純物ペレット入射を用いた不純物輸送研究により、不純物蓄積窓において長い不純物閉じ込め時間と内向き対流が示され、これは内部不純物の挙動と一致する。パルス状ネオンガス入射実験により、ネオンのプラズマ中心部への浸透が、動径電場による内向き対流に起因することが示された。最後に、プラズマ周辺部に外部誘起磁気島を形成することによる不純物蓄積の制御が実証された。