In ITER, pellets are used for ELM pacing and fueling. More importantly, ELM control and in particular control of the first ELM needs to be demonstrated in the non-nuclear phase of ITER during operation in H or He. Whilst D pellets have been established as an ELM control technique in the stationary phase with D target plasmas in devices with C as plasma-facing component, the behavior of other isotopes in non-stationary phases are not so well known. Here, we report on new pellet triggering experiments in ASDEX Upgrade and JET that mimic specific ITER operating scenarios. Both machines are equipped with an all-metal wall; recent investigations have shown that pellet triggering and pacing become more intricate when an all-metal wall surface is employed. In both machines, ELM triggering has been shown to occur after injection of D pellets into D plasmas during extended ELM-free phases, often following the L → H transition. In both devices the pellets are found to induce ELMs under conditions far from the stability boundary for type-I ELMs. Near the L → H transition, induced ELMs in some cases are more likely to have type-III rather than type-I characteristics. Furthermore, in ASDEX Upgrade this study was conducted during L → H transitions in the current ramp-up phase as envisaged for ITER. In addition, the pellet's ELM trigger potential has been proven in ASDEX Upgrade with a correct isotopic compilation for the non-nuclear phase in ITER, viz. H pellets into either He or H plasmas.Results from this study are encouraging since they have demonstrated the pellets' potential to provoke ELMs even under conditions that are quite far from the stability boundaries attributed to the occurrence of spontaneous ELMs. However, with the recent change from carbon to an all-metal plasma-facing component, examples have been found in both machines where pellets failed to establish ELM control under conditions where this would be expected and needed. Consequently, a major task of future investigations in this field will be to shed more light on the underlying physics of the pellet ELM triggering process to allow sound predictions for ITER.
ITERにおいて、ペレットはELM制御および燃料供給に使用される。さらに重要なことに、ELM制御、特に最初のELMの制御は、ITERの非核燃焼段階において、HまたはHeプラズマ運転中に実証される必要がある。Dペレットは、炭素プラズマ対向部材を備えた装置における定常DターゲットプラズマでのELM制御技術として確立されているが、非定常段階における他同位体の挙動はあまり知られていない。本論文では、ITERの特定の運転シナリオを模擬したASDEX UpgradeおよびJETにおける新しいペレットトリガリング実験について報告する。両装置は全金属壁を備えており、最近の研究により、全金属壁表面を採用した場合、ペレットトリガリングおよびペーシングはより複雑になることが示されている。両装置において、ELMトリガリングは、L→H遷移に続く長時間のELMフリー位相中に、DプラズマへのDペレット注入後に発生することが実証されている。両装置において、ペレットは、タイプI ELMの安定性境界からはほど遠い条件下でもELMを誘起することが見出されている。L→H遷移付近では、誘起されたELMは、場合によってはタイプIではなくタイプIIIの特性を示す可能性が高い。さらに、ASDEX Upgradeでは、ITERで想定されている電流立ち上げ位相中のL→H遷移時に本研究が実施された。加えて、ペレットのELMトリガー能力は、ITERの非核燃焼段階に相当する正しい同位体組み合わせ、すなわちHペレットをHeまたはHプラズマに注入する条件で、ASDEX Upgradeにおいて実証されている。本研究の結果は、自発的ELMの発生に帰属される安定性境界からかなり離れた条件下でも、ペレットがELMを誘起する可能性を示したことから、有望である。しかしながら、炭素から全金属プラズマ対向部材への最近の変更に伴い、両装置において、このような条件下でELM制御が期待され必要とされるにもかかわらず、ペレットがELM制御を確立できない事例が見出されている。したがって、今後の研究における主要な課題は、ITERに対する確実な予測を可能にするために、ペレットによるELMトリガリング過程の基礎物理をより明確にすることである。