ITER as a superconducting fusion machine needs efficient wall conditioning techniques for application in the presence of the permanent high toroidal magnetic field for (i) reducing the in-vessel impurity content, (ii) controlling the surface hydrogen isotopic ratio and (iii) mitigating the in-vessel long-term tritium inventory build-up. Encouraging results recently obtained with ion-cyclotron wall conditioning (ICWC) in the present-day tokamaks and stellarators have raised ICWC to the status of one of the most promising techniques available to ITER for routine inter-pulse and overnight conditioning with the ITER main ICRF heating system in the presence of the permanent high toroidal magnetic field. This paper is dedicated to a milestone experiment in ICWC research: the first simulation of ICWC operation in an equivalent ITER full-field scenario and the assessment of the wall conditioning effect on the carbon wall in the largest present-day tokamak JET. In addition, we address in this paper the following topics: (i) an analysis of the radio frequency (RF) physics of ICWC discharges, (ii) the optimization of the operation of ICRF antennas for plasma startup and (iii) an outlook for the performance of ICWC in ITER using the ICRF heating system. Important operational aspects of the conventional ICRF heating system in JET (the so-called A2 antenna system) for use in the ICWC mode are highlighted: (i) the ability of the antenna to ignite the cleaning discharge safely and reliably in different gases, (ii) the capacity of the antennas to couple a large fraction of the RF generator power (>50%) to low-density (≈1016–1018 m−3) plasmas and (iii) the ICRF absorption schemes aimed at improved RF plasma homogeneity and enhanced conditioning effect. Successful optimization of the JET-ICWC discharge parameters (BT = 3.3 T, f = 25 MHz) resulted in a reliable operation of the JET A2 antennas and a high conditioning efficiency in a scenario imitating closely ITER full-field operation (BT = 5.3 T, f = 40 MHz) with the fundamental ion-cyclotron resonance for deuterium located on-axis. Numerical modelling with the 3D electromagnetic code Micro Wave Studio, a 1D RF full wave code and a 0D plasma code allows extrapolating the results obtained on JET and other present-day tokamaks to ITER and provides good prospects for the use of the ITER ICRF antennas for ICWC purposes.
ITERは超伝導トカマク装置として、永久高トロイダル磁場の存在下での壁調整技術を必要としており、その目的は（i）容器内不純物含有量の低減、（ii）表面の水素同位体比の制御、（iii）容器内の長期的なトリチウムインベントリ蓄積の軽減である。近年、イオンサイクロトロン壁調整（ICWC）によって得られた有望な結果は、現在のトカマク装置やステラレータ装置において、ICWCがITERの通常運転時のパルス間および夜間の壁調整に利用可能な最も有力な技術の一つであることを示している。本論文は、ICWC研究における画期的な実験、すなわちITER相当のフル磁場条件下でのICWC運転の初めてのシミュレーションと、最大級の現行トカマク装置であるJETにおける炭素壁に対する壁調整効果の評価に焦点を当てている。さらに本論文では、以下の項目についても論じる：（i）ICWC放電における高周波（RF）物理の解析、（ii）プラズマ立ち上げのためのICRFアンテナ運転の最適化、（iii）ICRF加熱システムを用いたITERでのICWC性能の見通し。JETのいわゆるA2アンテナシステムなど、従来のICRF加熱システムのICWCモードでの使用における重要な運転側面を強調する：（i）異なるガス種において安全かつ確実にクリーニング放電を開始するアンテナの能力、（ii）低密度（約10¹⁶〜10¹⁸ m⁻³）プラズマへRF発生器出力の50％以上を結合するアンテナの能力、（iii）RFプラズマの均一性向上と壁調整効果の増強を目的としたICRF吸収スキーム。JETにおけるICWC放電パラメータ（BT = 3.3 T、f = 25 MHz）の最適化により、A2アンテナの信頼性の高い運転と、ITERのフルフィールド運転（BT = 5.3 T、f = 40 MHz、重水素の基本イオンサイクロトロン共鳴を軸上に配置）を模擬した条件での高い壁調整効率が達成された。3次元電磁界シミュレーションコードMicro Wave Studio、1次元RF波動コード、および0次元プラズマコードを用いた数値モデリングにより、JETおよび他の現行トカマク装置で得られた結果をITERへ外挿することが可能となり、ITERのICRFアンテナをICWC目的に使用するための有望な見通しが示された。