The plasma fueling system is an indispensable component in current fusion devices and is required to compensate for continuous particle loss. Recently, a low-temperature supersonic molecular beam injection (LT-SMBI) system has been developed and implemented successfully to increase the fueling efficiency on the Experimental Advanced Superconducting Tokamak (EAST). The fueling gas in the reservoir tank is cryogenically cooled to a temperature lower than 120 K before injection to increase the size of the clusters and their formation probability in the beam. A series of LT-SMBI experiments were conducted on EAST, and the fueling characteristics, including the fueling efficiency, delay time, injection depth, and fuel consumption, were compared with those of room-temperature SMBI (RT-SMBI). The experimental results demonstrate that LT-SMBI results in greater plasma density enhancement with an equivalent number of injected particles. The fueling efficiency of both SMBI systems decreases with increasing plasma density. Compared with the RT-SMBI, the LT-SMBI results in about 5–7 cm deeper injection depth, as measured via microwave reflectometry. Furthermore, the fueling gas consumption is decreased by 33% in the feedback control experiments using the LT-SMBI. Although LT-SMBI has a longer delay time because of its low temperature, it is recognized as an efficient method for plasma fueling and other impurity injections, such as edge localized mode mitigation and divertor heat flux reduction, for EAST and future fusion devices.
プラズマ燃料供給システムは現在の核融合装置において不可欠な構成要素であり、継続的な粒子損失を補償するために必要とされる。最近、低温超音速分子ビーム入射（LT-SMBI）システムが開発され、実験型先進超伝導トカマク（EAST）における燃料供給効率を向上させるために成功裏に実装された。リザーバータンク内の燃料ガスは、ビーム中のクラスターのサイズとその形成確率を高めるために、入射前に120 K未満の温度まで極低温に冷却される。EASTにおいて一連のLT-SMBI実験が実施され、燃料供給効率、遅延時間、入射深さ、燃料消費量を含む燃料供給特性が、室温SMBI（RT-SMBI）のものと比較された。実験結果は、等価な数の入射粒子でLT-SMBIがより大きなプラズマ密度上昇をもたらすことを実証している。両方のSMBIシステムの燃料供給効率は、プラズマ密度の増加とともに低下する。RT-SMBIと比較して、LT-SMBIは、マイクロ波反射計で測定されたところ、約5–7 cm深い入射深さをもたらす。さらに、LT-SMBIを用いたフィードバック制御実験では、燃料ガス消費量が33%減少した。LT-SMBIはその低温度のために遅延時間が長いが、EASTおよび将来の核融合装置にとって、プラズマ燃料供給や、端部局在モード緩和およびダイバータ熱流束低減などの他の不純物入射のための効率的な方法として認識されている。