Helium plasma experiments conducted on different tokamaks all demonstrate that the energy confinement are lower than those of deuterium plasmas under similar operation conditions. However, the origin of the difference in confinement between helium and hydrogen isotopes remains unclear. To understand the influence of helium concentration, which leads to the variation of ion mass and charge number, on energy confinement, new helium experiments were conducted in the EAST tokamak with dominant electron heating and a tungsten divertor in 2025. A notable dependence on both ion mass and charge number is observed in the effective diffusion coefficient, consistent with the trend predicted by the gyro-Bohm scaling . The higher energy confinement time is observed with a lower ion mass. Conversely, when both the ion mass and charge number are increased, the energy confinement time is found to be similar. Power balance and transport analyses indicate that the ion-electron collision, significantly influenced by the variation of ion mass and charge number, appears to play a dominant role in regulating ion-scale turbulence in helium H-mode discharges. Furthermore, linear electromagnetic gyrokinetic simulation reveals that the linear growth rates of electron temperature gradient (ETG) modes might be reduced by the enhancement of ion-electron energy exchange in L-mode discharges. Consequently, it is crucial to take into account the role of electron-ion collision/energy exchange to understand the influence of ion mass and chargenumber on energy confinement. These results contribute to a better understanding of the transport characteristics in multi-ion-component plasma.
異なるトカマク装置で実施されたヘリウムプラズマ実験は、すべて同様の運転条件下において、エネルギー閉じ込めが重水素プラズマのそれよりも低いことを実証している。しかしながら、ヘリウムと水素同位体の間の閉じ込めの差異の起源は依然として不明である。イオン質量と電荷数の変化をもたらすヘリウム濃度がエネルギー閉じ込めに及ぼす影響を理解するために、2025年にEASTトカマクにおいて、電子加熱が支配的でタングステンダイバータを備えた装置での新たなヘリウム実験が実施された。実効拡散係数には、イオン質量と電荷数の両方への顕著な依存性が観測され、これはジャイロボームスケーリングによって予測される傾向と一致している。より低いイオン質量では、より高いエネルギー閉じ込め時間が観測された。逆に、イオン質量と電荷数の両方が増加した場合、エネルギー閉じ込め時間は類似していることが見出された。パワーバランスと輸送解析は、イオン質量と電荷数の変化によって大きく影響を受けるイオン-電子衝突が、ヘリウムHモード放電におけるイオンスケール乱流の制御において支配的な役割を果たしているように見えることを示している。さらに、線形電磁ジャイロ運動論シミュレーションは、Lモード放電において、電子温度勾配（ETG）モードの線形成長率が、イオン-電子エネルギー交換の増強によって低減される可能性があることを明らかにしている。したがって、イオン質量と電荷数がエネルギー閉じ込めに及ぼす影響を理解するためには、電子-イオン衝突/エネルギー交換の役割を考慮することが極めて重要である。これらの結果は、多イオン成分プラズマにおける輸送特性のより良い理解に貢献するものである。