The suppression of edge-localized modes (ELMs) by applying resonant magnetic perturbations (RMPs) is well studied in low collisionality deuterium plasmas as a measure to reduce transient divertor heat loads. However, ELM suppression has yet to be demonstrated in non-nuclear fuels such as hydrogen and hydrogen + helium mixtures which are the main ion species to be used in the ITER pre-fusion power operation (PFPO) phase. For the first time, attempts have been made to access ELM suppression with RMPs in ITER-like low collisionality hydrogen plasmas at DIII-D and ASDEX Upgrade. The DIII-D experiments focused on operation with injected power slightly above the L–H power threshold similar to the expected conditions in the ITER PFPO phase with limited external heating power. The RMPs were found to trigger H–L backtransitions, which is shown to be avoided by reducing the L–H power threshold by diluting the plasma with helium. The additional helium combined with a larger measured neutral density of hydrogen inside the separatrix compared to ELM suppressed deuterium plasmas precluded access to a pedestal top density below the known RMP-ELM suppression threshold. At ASDEX Upgrade, RMP-ELM suppression has been achieved when the concentration of 1H in the hydrogen isotope mix is below . While all known access criteria for RMP-ELM suppression were met above this threshold, full ELM suppression was replaced by strong mitigation. The most prominent difference between the hydrogen and deuterium plasmas was a change of turbulence characteristics in the pedestal where Doppler reflectometry measurements suggest a significant reduction of turbulence even at small hydrogen concentrations. In conclusion, these experiments not only identify issues that may prevent access to RMP-ELM suppression in the ITER PFPO phase, but also highlight missing physics in our current understanding of RMP-ELM suppression such as potentially the role of turbulence in the pedestal gradient region.
共鳴磁場摂動 (RMP) の印加による周辺局在モード (ELM) の抑制は、過渡的ダイバータ熱負荷を低減する手段として、低衝突度重水素プラズマにおいてよく研究されている。しかしながら、ELM 抑制は、ITER の核融合前出力運転 (PFPO) 段階で使用される主要なイオン種である水素および水素+ヘリウム混合物のような非核燃料ではまだ実証されていない。初めて、DIII-D および ASDEX Upgrade において、ITER 類似の低衝突度水素プラズマで RMP による ELM 抑制への到達が試みられた。DIII-D の実験は、外部加熱電力が限られた ITER PFPO 段階で予想される条件と同様に、投入電力が L–H 遷移電力閾値をわずかに上回る運転に焦点を当てた。RMP は H–L 逆遷移を引き起こすことが見出され、これはプラズマをヘリウムで希釈することにより L–H 遷移電力閾値を低下させることで回避できることが示された。追加されたヘリウムと、ELM が抑制された重水素プラズマと比較してセパラトリックス内で測定された水素の中性粒子密度が大きいこととが相まって、既知の RMP-ELM 抑制閾値以下のペデスタル頂部密度への到達を妨げた。ASDEX Upgrade では、水素同位体混合気体中の 1H の濃度が . 未満である場合に RMP-ELM 抑制が達成された。この閾値を上回る場合、RMP-ELM 抑制の既知のアクセス基準はすべて満たされていたものの、完全な ELM 抑制は強い緩和に置き換えられた。水素プラズマと重水素プラズマの間の最も顕著な違いは、ペデスタルにおける乱流特性の変化であり、ドップラー反射計測定により、小さな水素濃度であっても乱流の有意な低減が示唆されている。結論として、これらの実験は、ITER PFPO 段階で RMP-ELM 抑制への到達を妨げる可能性のある問題を特定するだけでなく、ペデスタル勾配領域における乱流の役割など、現在の RMP-ELM 抑制の理解における欠けている物理を浮き彫りにする。