Experiments have been performed under the coordination of the International Tokamak Physics Activity (ITPA) on several tokamaks, including ASDEX Upgrade (AUG), JET and DIII-D, to characterize the increased Ion cyclotron range of frequency (ICRF) antenna loading achieved by optimizing the position of gas injection relative to the RF antennas. On DIII-D, AUG and JET (with the ITER-Like Wall) a 50% increase in the antenna loading was observed when injecting deuterium in ELMy H-mode plasmas using mid-plane inlets close to the powered antennas instead of divertor injection and, with smaller improvement when using gas inlets located at the top of the machine. The gas injection rate required for such improvements (~0.7 × 1022 el s−1 in AUG, ~1.0 × 1022 el s−1 in JET) is compatible with the use of this technique to optimize ICRF heating during the development of plasma scenarios and no degradation of confinement was observed when using the mid-plane or top inlets compared with divertor valves. An increase in the scrape-off layer (SOL) density was measured when switching gas injection from divertor to outer mid-plane or top. On JET and DIII-D, the measured SOL density increase when using main chamber puffing is consistent with the antenna coupling resistance increase provided that the distance between the measurement lines of sight and the injection location is taken into account. Optimized gas injection was also found to be beneficial for reducing tungsten (W) sputtering at the AUG antenna limiters, and also to reduce slightly the W and nickel (Ni) content in JET plasmas. Modeling the specific effects of divertor/top/mid-plane injection on the outer mid-plane density was carried out using both the EDGE2D-EIRENE and EMC3-EIRENE plasma boundary code packages; simulations indeed indicate that outer mid-plane gas injection maximizes the density in the mid-plane close to the injection point with qualitative agreement with the AUG SOL density measurements for EMC3-EIRENE. Field line tracing for ITER in the 15 MA QDT = 10 reference scenario indicates that the planned gas injection system could be used to tailor the density in front the antennas. Benchmarking of EMC3-EIRENE against AUG and JET data is planned as a first step towards the ITER SOL modelling required to quantify the effect of gas injection on the SOL density in front of the antennas.
複数のトカマク装置（ASDEX Upgrade（AUG）、JET、DIII-Dを含む）において、国際トカマク物理活動（ITPA）の調整の下で実験が実施され、RFアンテナに対するガス入射位置の最適化によって達成されるイオンサイクロトロン周波数帯（ICRF）アンテナ負荷の増大が特徴づけられた。DIII-D、AUG、およびJET（ITERライク壁装備）では、ELMy Hモードプラズマにおいて、ダイバータ入射の代わりに給電アンテナ近傍の mid-plane 入射ポートから重水素を入射した場合、アンテナ負荷の50%増加が観測された。また、装置上部に位置するガス入射ポートを使用した場合には、改善度はより小さかった。このような改善に必要なガス入射速度（AUGでは約0.7×10^22 el s^-1、JETでは約1.0×10^22 el s^-1）は、プラズマシナリオ開発中のICRF加熱最適化手法としての適用に適合するものであり、mid-plane または上部ポート入射をダイバータ入射と比較した場合、閉じ込めの劣化は観測されなかった。ガス入射をダイバータから外側 mid-plane または上部ポートに切り替えた際には、スクレイプオフ層（SOL）密度の増加が測定された。JETおよびDIII-Dにおいて、主容器へのガス入射時のSOL密度増加は、測定視線と入射位置の間の距離を考慮すれば、アンテナ結合抵抗の増加と整合的であった。最適化されたガス入射は、AUGのアンテナリミターにおけるタングステン（W）スパッタリング低減にも有効であり、JETプラズマ中のWおよびニッケル（Ni）含有量のわずかな低減にも寄与した。ダイバータ/上部/mid-plane 入射が外側 mid-plane 密度に及ぼす具体的な影響は、EDGE2D-EIRENEおよびEMC3-EIRENEの両プラズマ境界コードパッケージを用いてモデリングされた。シミュレーションは、外側 mid-plane ガス入射が入射点近傍の mid-plane 密度を最大化することを示し、EMC3-EIRENEについてはAUGのSOL密度測定と定性的に一致した。15 MA QDT = 10 基準シナリオにおけるITERの磁力線追跡は、計画中のガス入射システムがアンテナ前方の密度を調整するために使用可能であることを示している。EMC3-EIRENEのAUGおよびJETデータに対するベンチマーキングは、アンテナ前方のSOL密度に対するガス入射の影響を定量化するために必要なITER SOLモデリングに向けた第一歩として計画されている。