Several experiments aimed at optimizing plasma pre-ionization using electron cyclotron (EC) waves have been carried out on many tokamaks in recent years as the basis of a multi-machine comparison study made to define the best operation scenarios for ITER, where the plasma breakdown will have to be achieved with a toroidal electric field of only 0.3 V m−1. The FTU (Frascati Tokamak Upgrade, R = 0.935 m, a = 0.3 m) contribution to this study is the main subject of this work. A reduction in electric field, as can be obtained with pre-ionization by ECH, can lower the transformer flux consumption in the start-up phase leading to a longer plasma current flat top. This point is of particular interest in the conceptual design of the steady-state scenario of the proposed FAST tokamak and has also been addressed. In the FTU experiment the scan in pre-filling pressure has evidenced the capability of EC power to increase, by a factor 4, the range of working pressure useful for plasma start-up. Varying the breakdown a minimum electric field of 0.41 V m−1 has been found with 0.8 MW of EC in perpendicular injection. A scan in magnetic field has evidenced that plasma start-up is likely insensitive to alignment between EC resonance and null position. A total transformer flux saving of 22% has been found acting on plasma resistivity (by increasing electron temperature) and on the plasma starting point (for an internal inductance reduction).
近年、多くのトカマクにおいて、電子サイクロトロン（EC）波を用いたプラズマ予備電離の最適化を目的とした実験が実施されており、これはITERの最適な運転シナリオを定義するための多機種比較研究の基礎となっている。ITERでは、プラズマ破壊（開始）をトロイダル電場わずか0.3 V m⁻¹で達成する必要がある。本稿の主たる対象は、FTU（Frascati Tokamak Upgrade、R = 0.935 m、a = 0.3 m）によるこの研究への貢献である。ECHによる予備電離によって得られる電場の低減は、立ち上げ段階における変圧器フラックス消費を低減し、プラズマ電流の平坦部を延長することができる。この点は、提案中のFASTトカマクの定常シナリオの概念設計において特に重要であり、本稿でも取り上げられている。FTU実験において、予備充填圧力を走査した結果、ECパワーがプラズマ立ち上げに有効な動作圧力範囲を4倍に拡大できることが実証された。また、垂直入射で0.8 MWのECを用いた場合、破壊（開始）に必要な最小電場は0.41 V m⁻¹であることが見出された。磁場の走査実験により、プラズマ立ち上げはEC共鳴とヌル点（磁場零点）の位置合わせに対してほぼ鈍感であることが示された。さらに、プラズマ抵抗率（電子温度の上昇による）とプラズマ開始位置（内部インダクタンス低減のため）に作用させることで、変圧器フラックス全体で22%の節減が達成されることが見出された。