The ability to exhaust helium as the fusion born plasma impurity is a critical requirement for burning plasmas. We demonstrate in this paper that resonant magnetic perturbation (RMP) fields can be used to actively manipulate helium exhaust characteristics. We present results from puff/pump studies at TEXTOR as example for a tokamak with a pumped limiter and from the Large Helical Device (LHD) with the closed helical divertor as example for a heliotron/stellarator device. For LHD, the effective helium confinement time is a factor of 7–8 higher in the low and high density regimes explored when compared to TEXTOR discharges. This is attributed to ion root impurity transport which is one particular impurity transport regime assessed experimentally at LHD and which facilitates helium penetration to the plasma core. However, when an edge magnetic island is induced by externally applied RMP fields, is decreased by up to and hence values closer to those of TEXTOR can be established. The combination of TEXTOR and LHD results suggest that a magnetic island induced by the RMP field in the plasma source region is an important ingredient for improving helium exhaust. The reduction in seen is caused by a combination of improved helium exhaust due to an enhanced coupling to the pumping systems, increased outward transport and a reduced fueling efficiency for the helium injected and recycling from the wall elements.
核融合生成プラズマ不純物としてヘリウムを排出する能力は、燃焼プラズマにとって重要な要件である。本論文では、共鳴磁気摂動(RMP)場を用いてヘリウム排出特性を能動的に操作できることを実証する。ポンプリミターを備えたトカマクの例としてTEXTORでのパフ/ポンプ研究結果と、ヘリオトロン/ステラレータ装置の例として閉型ヘリカルダイバータを備えた大型ヘリカル装置(LHD)での結果を示す。LHDでは、実効ヘリウム閉じ込め時間τ_effは、調べた低密度および高密度領域においてTEXTOR放電と比較して7–8倍高い。これは、LHDで実験的に評価された特定の不純物輸送領域の一つであるイオンルート不純物輸送に起因し、これがヘリウムのプラズマ中心部への浸透を促進する。しかしながら、外部から印加されたRMP場によって周辺磁気島が誘導されると、τ_effは最大で50%減少し、したがってTEXTORの値により近いτ_eff値を確立することができる。TEXTORとLHDの結果の組み合わせは、プラズマ源領域におけるRMP場によって誘導される磁気島がヘリウム排出の改善にとって重要な要素であることを示唆している。見られたτ_effの減少は、ポンプシステムへの結合強化によるヘリウム排出の改善、外向き輸送の増加、および注入され壁要素からリサイクリングするヘリウムの燃料供給効率の低下の組み合わせによって引き起こされる。