The energy loss caused by the edge-localized mode (ELM) needs to be reduced for ITER operations with ELMy H-mode plasmas. The reduction in ELM energy loss by pellet injection for ELM pacing is studied by an integrated core/scrape-off layer/divertor transport code TOPICS-IB with a magnetohydrodynamic stability code and a pellet model taking account of the E × B drift of the pellet plasma cloud. It is found that the energy loss can be significantly reduced by a pellet injected to the pedestal plasma equivalent to that at the middle timing in the natural ELM cycle, whose pressure height is only about 5% lower than that of the natural ELM onset. In this case, pellet injection from the low-field side enables a small pellet, with about 1–2% of pedestal particle content and a speed high enough to approach the pedestal top, to reduce the energy loss significantly. With the above suitable conditions for ELM pacing, a pellet penetrates deep into the pedestal and triggers high-n ballooning modes with localized eigenfunctions near the pedestal top, where n is the toroidal mode number. Under suitable conditions, ELM pacing with reduced energy loss is successfully demonstrated in simulations, in which the gas puff reduction and the enhancement of divertor pumping can compensate for the core density increase due to additional particle fuelling by the pacing pellet.
エッジ局在モード（ELM）によって引き起こされるエネルギー損失は、ELMy Hモードプラズマを用いたITER運転のために低減される必要がある。ELMペーシングのためのペレット入射によるELMエネルギー損失の低減は、磁気流体力学安定性コードと、ペレットプラズマ雲のE × Bドリフトを考慮したペレットモデルを備えた統合コア/スクレイプオフ層/ダイバータ輸送コードTOPICS-IBによって研究される。自然ELM周期の中間タイミングのものに相当するペデスタルプラズマに入射されたペレットによって、エネルギー損失が大幅に低減され得ることが見出された。そのペデスタルプラズマの圧力高さは、自然ELM開始時のものよりわずか約5%低いのみである。この場合、低磁場側からのペレット入射により、ペデスタル粒子含有量の約1〜2%で、ペデスタル上部に接近するのに十分な速度を持つ小さなペレットが、エネルギー損失を大幅に低減することが可能となる。ELMペーシングの上記の適切な条件下では、ペレットはペデスタル内部深くまで侵入し、ペデスタル上部近傍に局在化した固有関数を持つ高nバルーニングモードを引き起こす。ここでnはトロイダルモード数である。適切な条件下では、エネルギー損失が低減されたELMペーシングがシミュレーションで実証され、ガスパフ低減とダイバータ排気の強化により、ペーシングペレットによる追加の粒子供給によるコア密度増加を補償できることが示された。