Plasma core fuelling is a key issue for the development of steady-state scenarios in large magnetically-confined fusion devices, in particular for helical-type machines. At present, cryogenic pellet injection is the most promising technique for efficient fuelling. Here, pellet ablation and fuelling efficiency experiments, using a compact pellet injector, are carried out in electron cyclotron resonance and neutral beam injection heated plasmas of the stellarator TJ-II. Ablation profiles are reconstructed from light emissions collected by silicon photodiodes and a fast-frame camera system, under the assumptions that such emissions are loosely related to the ablation rate and that pellet radial acceleration is negligible. In addition, pellet particle deposition and fuelling efficiency are determined using density profiles provided by a Thomson scattering system. Furthermore, experimental results are compared with ablation and deposition profiles provided by the HPI2 pellet code, which is adapted here for the stellarators Wendelstein 7-X (W7-X) and TJ-II. Finally, the HPI2 code is used to simulate ablation and deposition profiles for pellets of different sizes and velocities injected into relevant W7-X plasma scenarios, while estimating the plasmoid drift and the fuelling efficiency of injections made from two W7-X ports.
プラズマ中心部への燃料供給は、大型磁場閉じ込め核融合装置、特にヘリカル型装置における定常状態シナリオの開発にとって重要な課題である。現在、極低温ペレット入射が効率的な燃料供給のための最も有望な技術である。ここでは、コンパクトペレット入射装置を用いたペレットアブレーションおよび燃料供給効率実験を、ステラレータTJ-IIの電子サイクロトロン共鳴加熱および中性粒子ビーム入射加熱プラズマにおいて実施した。アブレーション分布は、シリコンフォトダイオードおよび高速フレームカメラシステムによって収集された光放射から、そのような放射がアブレーション率と緩やかに関連し、ペレットの径方向加速度が無視できるという仮定の下で再構成された。さらに、ペレット粒子堆積および燃料供給効率は、トムソン散乱システムによって提供される密度分布を用いて決定された。さらに、実験結果は、ここでステラレータWendelstein 7-X (W7-X)およびTJ-II用に適合させたHPI2ペレットコードによって提供されるアブレーションおよび堆積分布と比較された。最後に、HPI2コードを用いて、関連するW7-Xプラズマシナリオに入射される異なるサイズおよび速度のペレットに対するアブレーションおよび堆積分布をシミュレーションし、2つのW7-Xポートから行われる入射のプラズモイドドリフトおよび燃料供給効率を推定した。