Comprehending and optimizing fast ion behaviors is critical for the enhancement of performance in Experimental Advanced Superconducting Tokamak (EAST). This study explores the potential benefits of several factors that can improve the fast ion confinement. First, experiments show the change in the direction of the NBI2 from counter-Ip to co-Ip leads to a significant reduction in fast ion losses. TRANSP/NUBEAM simulation and tomography results based on fast-ion D-alpha measurements reveal that after the neutral beam injection (NBI) upgrade, the beam ion prompt loss is reduced by approximately 50%. Second, the upgraded ion cyclotron resonant frequency (ICRF) antenna at the N-port features twice the coupling resistance of the original antennas at EAST. This improved ICRF power coupling has enhanced the synergistic heating effect of NBI + ICRF, where the ICRF wave field accelerates beam ions at the harmonics. Experiments demonstrate that NBI + ICRF synergistic not only enhances plasma neutron yield and βP, but also accelerates beam ions to hundreds of keV. Further, the electron density and the neutral beam voltage have been optimized to reduce the fast ion slowing-down time and beam ion losses. Experimental and simulation results indicate that increasing the electron density reduces beam ion losses and enhances the bootstrap current fraction. While higher beam voltage results in a slight decrease in beam power absorption, it can increase the fraction of bootstrap current. With the understanding of these optimization of fast ion confinement, experiments have demonstrated fully non-inductive operation at high density (ne/nG ∼ 0.67, βP ∼ 3.1, βN ∼ 2.1, H98,y2 ∼ 1.2) even without the support of co-Ip beam NBI2. This investigation presents a potential regime to enhance fast ion confinement and extend performance in the high βP plasma for future experiments.
高速イオン挙動の理解と最適化は、実験先進超伝導トカマク（EAST）の性能向上にとって極めて重要である。本研究では、高速イオン閉じ込めを改善できるいくつかの要因の潜在的な利点を調査する。第一に、実験により、NBI2の方向をcounter-Ipからco-Ipへ変更することが高速イオン損失の大幅な低減につながることが示された。高速イオンD-alpha計測に基づくTRANSP/NUBEAMシミュレーションとトモグラフィー結果から、中性粒子ビーム入射（NBI）アップグレード後、ビームイオンの即時損失が約50%低減されることが明らかになった。第二に、Nポートに設置された改良型イオンサイクロトロン共鳴周波数（ICRF）アンテナは、EASTの元のアンテナの2倍の結合抵抗を持つ。この改善されたICRF電力結合により、NBI+ICRFの相乗加熱効果が強化され、ICRF波動場は高調波でビームイオンを加速する。実験により、NBI+ICRFの相乗効果は、プラズマ中性子生成量とβPを向上させるだけでなく、ビームイオンを数百keVまで加速することが実証された。さらに、電子密度と中性粒子ビーム電圧は、高速イオンの減速時間とビームイオン損失を低減するために最適化された。実験結果とシミュレーション結果は、電子密度の増加がビームイオン損失を低減し、ブートストラップ電流割合を向上させることを示している。より高いビーム電圧はビーム出力吸収をわずかに減少させる一方で、ブートストラップ電流の割合を増加させることができる。これらの高速イオン閉じ込めの最適化の理解により、実験では、co-IpビームNBI2の支援なしでも、高密度（ne/nG ∼ 0.67、βP ∼ 3.1、βN ∼ 2.1、H98,y2 ∼ 1.2）での完全非誘導運転が実証された。この調査は、将来の実験に向けて、高βPプラズマにおける高速イオン閉じ込めを強化し、性能を拡張するための有望な領域を示す。