Here we report a fully non-inductive H-mode operation with a sporadic-small-edge-localized mode(ELM)-dominant pedestal realized in EAST with a tungsten divertor, where the normalized electron collisionality at the pedestal top is estimated below unity. This is regarded as the expansion and/or supplement of our previous research having been preliminarily reported (section 4.2 in (B N Wan et al 2017 Nucl. Fusion57 102019)) in the EAST overview article contributed to the special issue on FEC 2016 summaries and overviews. In this operation, spontaneous avoidance of large ELMs is realized reproducibly, for the first time on EAST, at a lower collisionality (below unity) at the pedestal top, profiting from high heating power. Besides, this regime shows the well controlled bulk plasma density and light impurity concentration, good energy confinement with H98, (y2) ≃ 1, together with a loop voltage very close to zero. All of these features are considered critical to a steady-state operation with high performance, which EAST is on target to demonstrate in the near future in support to the International Thermonuclear Experimental Reactor (ITER). However, this operation regime suffers a continuous accumulation of medium-/high-Z impurities, which may seriously limit its sustainability. The resonant magnetic perturbation (RMP) with a dominant toroidal mode number n = 1 has been employed for assisting exhaust of heavy impurities, which is, unfortunately, not successful since the RMP with an effective poloidal spectrum always brings back large ELMs. This scenario transits to an ELM H-mode regime as plasma current is decreased, and elimination of large ELMs is well reproduced by ELITE simulation. Finally, we present a discussion on the potential mechanism eliminating large ELMs, which seems to highlight the LHW-induced profound change in edge magnetic topology.
本論文では、タングステンダイバータを備えたEASTにおいて実現された、 sporadic-small-edge-localized-mode（ sporadic 小エッジ局在モード）が支配的なペデスタルを伴う完全非誘導Hモード運転について報告する。この運転では、ペデスタル頂部における規格化電子衝突度は1未満と推定される。これは、FEC 2016サマリー特集号に掲載されたEAST概要論文（B N Wan et al 2017 Nucl. Fusion 57 102019）のセクション4で予備的に報告された研究成果の拡張および補足に相当する。本運転では、高い加熱パワーを活用することにより、EASTにおいて初めて、ペデスタル頂部での低衝突度（1未満）条件下で、大規模ELMの自発的回避が再現性よく実現された。さらに、本運転モードでは、バルクプラズマ密度および軽不純物濃度が良好に制御され、H98（y2）≃1の良好なエネルギー閉じ込めが達成されるとともに、ループ電圧はほぼゼロに近い値が維持された。これらの特性はすべて、EASTが近い将来に達成を目指す高性能定常運転にとって重要であり、国際熱核融合実験炉（ITER）への貢献が期待される。しかしながら、本運転モードでは、中・高Z不純物の連続的な蓄積が生じ、定常運転の持続可能性を制限する可能性がある。この問題に対処するため、トロイダルモード数n＝1の共鳴磁場摂動（RMP）を重不純物排出のために適用したが、残念ながら、有効なポロイダルスペクトルを有するRMPは大規模ELMを再誘発するため、重不純物の排出には成功しなかった。そこで、プラズマ電流を減少させることによりELM-Hモードへ遷移させたところ、ELITEシミュレーションにより大規模ELMの消失が良好に再現された。最後に、大規模ELMを消失させる潜在的メカニズムについて考察し、低混合同軸波（LHW）によるエッジ磁気トポロジーの顕著な変化が重要な役割を果たしている可能性を指摘する。