A critical challenge for operating fusion burning plasma in high-confinement mode lies in mitigating damage caused by edge-localized modes (ELMs). While impurity seeding has been experimentally validated as a reliable and effective ELM mitigation technique, its underlying physics remains insufficiently understood and requires further clarification. Through nonlinear magnetohydrodynamic simulations, this work reproduces key features of a natural ELM crash and reveals its trigger mechanism. Impurity seeding significantly affects nonlinear ELM dynamics by inducing local and global modifications to the pedestal pressure profile, driving high-n ballooning mode instabilities that govern an ELM crash. Two critical control parameters—impurity density level and poloidal seeding location—are systematically investigated, which play key roles in the timing of ELM crash onset and the resulting energy loss magnitude.
高閉じ込めモードでの核融合燃焼プラズマ運転における重要な課題は、端部局在モード(ELM)によって引き起こされる損傷を緩和することにある。不純物シーディングは信頼性が高く効果的なELM緩和技術として実験的に検証されているが、その基礎となる物理は未だ十分に理解されておらず、さらなる解明が必要である。非線形電磁流体力学シミュレーションを通じて、本研究は自然ELMクラッシュの主要な特徴を再現し、そのトリガー機構を明らかにする。不純物シーディングはペデスタル圧力分布に局所的および大域的な変化を誘起し、ELMクラッシュを支配する高nバルーニングモード不安定性を駆動することにより、非線形ELMダイナミクスに有意に影響を与える。ELMクラッシュ開始のタイミングとその結果生じるエネルギー損失の大きさに重要な役割を果たす、不純物密度レベルとポロイダルシーディング位置という2つの重要な制御パラメータを体系的に調査する。