Cryogenic pellet injection is a widely used technique for delivering fuel to the core of magnetically confined plasmas. Indeed, such systems are currently functioning on many tokamak, reversed field pinch and stellarator devices. A pipe-gun-type pellet injector is now operated on the TJ-II, a low-magnetic shear stellarator of the heliac type. Cryogenic hydrogen pellets, containing between 3 × 1018 and 4 × 1019 atoms, are injected at velocities between 800 and 1200 m s−1 from its low-field side into plasmas created and/or maintained in this device by electron cyclotron resonance and/or neutral beam injection heating. In this paper, the first systematic study of pellet ablation, particle deposition and fuelling efficiency is presented for TJ-II. From this, light-emission profiles from ablating pellets are found to be in reasonable agreement with simulated pellet ablation profiles (created using a neutral gas shielding-based code) for both heating scenarios. In addition, radial offsets between recorded light-emission profiles and particle deposition profiles provide evidence for rapid outward drifting of ablated material that leads to pellet particle loss from the plasma. Finally, fuelling efficiencies are documented for a range of target plasma densities (~4 × 1018– ~2 × 1019 m−3). These range from ~20%– ~85% and are determined to be sensitive to pellet penetration depth. Additional observations, such as enhanced core ablation, are discussed and planned future work is outlined.
低温ペレット入射は、磁場閉じ込めプラズマの中心部へ燃料を供給するための広く用いられている手法である。実際、このようなシステムは現在、多くのトカマク、逆転磁場ピンチ、ステラレーター装置で稼働している。パイプガン式ペレット入射装置は現在、ヘリアック型の低磁気シア・ステラレーターであるTJ-IIで運用されている。3×10^18個から4×10^19個の原子を含む低温水素ペレットは、800〜1200 m s−1の速度で低磁場側から、電子サイクロトロン共鳴加熱および/または中性粒子ビーム入射加熱によってこの装置内で生成および/または維持されるプラズマ中へ入射される。本論文では、TJ-IIにおけるペレットのアブレーション、粒子堆積、および燃料供給効率に関する最初の体系的研究を提示する。このことから、アブレーション中のペレットからの発光プロファイルは、両方の加熱シナリオにおいて、シミュレーションされたペレットアブレーションプロファイル（中性ガス遮蔽ベースのコードを用いて作成）と合理的に一致することが見出された。さらに、記録された発光プロファイルと粒子堆積プロファイルの間の径方向のずれは、アブレーションされた物質の急速な外向きドリフトの証拠を提供し、それがプラズマからのペレット粒子損失につながる。最後に、燃料供給効率を、広範囲のターゲットプラズマ密度（約4×10^18〜約2×10^19 m−3）について記録した。これらは約20%〜約85%の範囲であり、ペレットの侵入深さに敏感であると判断された。コアアブレーションの促進などの追加の観察結果について議論し、計画中の将来の研究について概説する。