Experiments performed in DIII-D demonstrate that higher plasma current and heating power combined with impurity seeding facilitate the achievement of divertor detachment with a higher pedestal pressure and higher plasma performance in H-mode plasmas with a baffled closed divertor compared with an open divertor. Dedicated experiments were carried out to study the impact of power, plasma current and impurity seeding on divertor detachment with ion directed into the divertor favorable for the L–H transition. With a factor of three variation in heating power and with only D2 puffing, no significant difference in the separatrix density at detachment onset was found. The higher heating power leads to higher impurity concentration and wider scrape-off layer (SOL) width, and reduces the detachment onset density to one similar to that in lower-power plasmas. Higher current requires higher pedestal and line-averaged densities to achieve divertor detachment; however, the increase in separatrix density at increasing plasma current is found to be less pronounced. Initial calculations found that both power scan and plasma current scan datasets are qualitatively consistent with theory after considering the change in impurity concentration and heat flux width. This also motivates the future extensive study of transport and divertor impurity behavior in order to have a quantitative comparison between experiment and theory. Compared with an open divertor, a closed divertor facilitates detachment onset at ∼40% lower line-averaged plasma density. Additional N2 seeding facilitates the achievement of detachment at a lower separatrix density and thus a higher pedestal temperature, which is beneficial for advanced tokamak scenarios. Higher heating power requires a higher N2 puffing rate to achieve the same degree of detachment, while a higher N2 puffing rate leads to lower detachment onset line-averaged density, both of which agree with theory. In contrast to the narrower pedestal in an open divertor approaching detachment, the pedestal density width in a closed divertor increases with density. The density gradient increases with line-averaged density at higher plasma current, but remains nearly unchanged at lower plasma current. In particular, compared with discharges with low power, at high heating power the pedestal density gradient is much weaker, while the SOL density is significantly higher and wider. At the same plasma current, both pedestal pressure gradient and temperature gradient decrease linearly with the line-averaged density but remain similar across different heating powers. Even with different plasma current and heating power, the normalized pressure gradient remains identical. As a result, achievement of divertor detachment with a higher pedestal pressure and higher plasma performance is shown in a closed divertor, which is important for improving core–edge integration as one of the critical issues for future tokamak fusion reactors.
DIII-Dで実施された実験は、バッフル付き閉ダイバータを有するHモードプラズマにおいて、より高いプラズマ電流と加熱電力に不純物シーディングを組み合わせることが、オープンダイバータと比較して、より高いペデスタル圧力およびより高いプラズマ性能を伴うダイバータデタッチメントの達成を促進することを実証する。L–H遷移に有利なダイバータ方向へイオンを向けた状態で、電力、プラズマ電流、および不純物シーディングがダイバータデタッチメントに及ぼす影響を調べるための専用実験を実施した。加熱電力を3倍に変化させ、D2パフィングのみの場合、デタッチメント開始時のセパラトリクス密度に有意な差は見られなかった。より高い加熱電力は、より高い不純物濃度とより広いスクレイプオフ層(SOL)幅をもたらし、デタッチメント開始密度を低電力プラズマのそれと同程度の値まで低下させる。より高い電流は、ダイバータデタッチメントを達成するために、より高いペデスタル密度と線平均密度を必要とする。しかし、プラズマ電流の増加に伴うセパラトリクス密度の増加は、それほど顕著ではないことが見いだされた。初期計算により、電力スキャンとプラズマ電流スキャンの両方のデータセットは、不純物濃度と熱流束幅の変化を考慮すると、理論と定性的に一致することが見いだされた。これはまた、実験と理論の間の定量的比較を行うために、輸送およびダイバータ不純物挙動の将来の広範な研究を動機付ける。オープンダイバータと比較して、閉ダイバータは約40%低い線平均プラズマ密度でデタッチメント開始を促進する。追加のN2シーディングは、より低いセパラトリクス密度、ひいてはより高いペデスタル温度でのデタッチメント達成を促進し、これは先進トカマクシナリオにとって有益である。より高い加熱電力は、同じ程度のデタッチメントを達成するためにより高いN2パフィング速度を必要とし、一方、より高いN2パフィング速度はより低いデタッチメント開始線平均密度をもたらすが、これらはともに理論と一致する。デタッチメントに近づくオープンダイバータではペデスタルが狭くなるのとは対照的に、閉ダイバータではペデスタル密度幅は密度とともに増加する。密度勾配は、より高いプラズマ電流では線平均密度とともに増加するが、より低いプラズマ電流ではほぼ変化しない。特に、低電力の放電と比較して、高加熱電力ではペデスタル密度勾配がはるかに弱く、一方SOL密度は有意に高く、より広い。同じプラズマ電流では、ペデスタル圧力勾配と温度勾配の両方が線平均密度とともに線形に減少するが、異なる加熱電力間では同様のままである。異なるプラズマ電流および加熱電力であっても、規格化圧力勾配は同一のままである。その結果、閉ダイバータにおいて、より高いペデスタル圧力とより高いプラズマ性能を伴うダイバータデタッチメントの達成が示され、これは将来のトカマク核融合炉における重要な課題の一つであるコア・エッジ統合の改善にとって重要である。