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Helium plasma operations on ASDEX Upgrade and JET in support of the non-nuclear phases of ITER

A. Hakola, M. Balden, M. Baruzzo, R. Bisson, S. Brezinsek, T. Dittmar, D. Douai, M. Dunne, L. Garzotti, M. Groth2024年9月Nuclear FusionIF 3出版社

For its initial operational phase, ITER has until recently considered using non-nuclear hydrogen (H) or helium (He) plasmas to keep nuclear activation at low levels. To this end, the Tokamak Exploitation Task Force of the EUROfusion Consortium carried out dedicated experimental campaigns in He on the ASDEX Upgrade (AUG) and JET tokamaks in 2022, with particular emphasis put on the ELMy H-mode operation and plasma-wall interaction processes as well as comparison to H or deuterium (D) plasmas. Both in pure He and mixed He + H plasmas, H-mode operation could be reached but more effort was needed to obtain a stable plasma scenario than in H or D. Even if the power threshold for the LH transition was lower in He, entering the type-I ELMy regime appeared to require equally much or even more heating power than in H. Suppression of ELMs by resonant magnetic perturbations was studied on AUG but was only possible in plasmas with a He content below 19%; the reason for this unexpected behaviour remains still unclear and various theoretical approaches are being pursued to properly understand the physics behind ELM suppression. The erosion rates of tungsten (W) plasma-facing components were an order of magnitude larger than what has been reported in hydrogenic plasmas, which can be attributed to the prominent role of He2+ ions in the plasma. For the first time, the formation of nanoscale structures (W fuzz) was unambiguously demonstrated in H-mode He plasmas on AUG. However, no direct evidence of fuzz creation on JET was obtained despite the main conditions for its occurrence being met. The reason could be a delicate balance between W erosion by ELMs, competition between the growth and annealing of the fuzz, and coverage of the surface with co-deposits.

日本語訳

ITERの初期運転段階において、これまで非核性の水素(H)またはヘリウム(He)プラズマを使用して核活性化を低レベルに維持することが検討されてきた。この目的のため、EUROfusionコンソーシアムのTokamak Exploitation Task Forceは、2022年にASDEX Upgrade(AUG)およびJETトカマクにおいてHeを用いた専用の実験キャンペーンを実施し、特にELMy Hモード運転とプラズマ・壁相互作用過程、ならびにHまたは重水素(D)プラズマとの比較に重点が置かれた。純粋なHeおよび混合He + Hプラズマの両方において、Hモード運転に到達することはできたが、HまたはDよりも安定したプラズマシナリオを得るために多くの努力が必要であった。LH遷移の出力閾値はHeの方が低かったものの、type-I ELMy領域に入るには、Hと同等かそれ以上の加熱出力が必要であるように思われた。共鳴磁気摂動によるELMの抑制はAUGで研究されたが、He含有率が19%未満のプラズマでのみ可能であった。この予期せぬ挙動の理由は依然として不明であり、ELM抑制の背後にある物理を適切に理解するために様々な理論的アプローチが追求されている。タングステン(W)プラズマ対向部品のエロージョン率は、水素系プラズマで報告されているものよりも一桁大きかった。これは、プラズマ中のHe2+イオンの顕著な役割に起因し得る。初めて、AUG上のHモードHeプラズマにおいてナノスケール構造(W fuzz)の形成が明確に実証された。しかしながら、JETでは、その発生の主な条件が満たされていたにもかかわらず、fuzz生成の直接的な証拠は得られなかった。その理由は、ELMによるWエロージョン、fuzzの成長とアニーリングの間の競合、および共堆積物による表面の被覆の間の微妙なバランスにある可能性がある。

装置

asdex-upgrade高精度(タイトル一致)iter高精度(タイトル一致)jet高精度(タイトル一致)

wiki

ITERJETASDEXASDEX UpgradeHeliumHelium plasma

AIによる論文要約

ITERの非核融合段階を支援するASDEX Upgrade及びJETでのヘリウムプラズマ運転
JA核融合研究者、プラズマ物理学者、ITERに関心のある研究者#ITER #HeプラズマLHD #タングステン侵食 #プラズマ壁相互作用
LLM向け: {'Title': 'Helium plasma operations on ASDEX Upgrade and JET in support of the n…

この論文は、ITERの初期運転段階でH又はHeプラズマを使う計画に関して、ASDEX UpgradeとJETでのHeプラズマ実験の結果をまとめたものです。H-モードの達成、ELMの抑制、タングステン材料の侵食など、Heプラズマの特性が詳しく調べられています。

Helium plasma operations on ASDEX Upgrade and JET in support of the non-nuclear phases of ITER
ENThis paper is of interest to fusion researchers and engineers working on ITER and other tokamak devices, as it provides valuable insights into the operational challenges of using helium plasmas in the early stages of ITER.#ITPRHe #TokamakPlasmaOperations #PlasmaWallInteractions
LLM向け: {'Title': "Helium Plasma Operations for ITER's Non-Nuclear Phases", 'Author(s)':…

This paper summarizes experiments on ASDEX Upgrade and JET tokamaks to study the use of helium plasmas for the initial non-nuclear phase of ITER. Key findings include the need for more power to reach stable H-mode in helium compared to hydrogen, challenges in suppressing ELMs, and higher tungsten erosion rates in helium plasmas.

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