A zero-dimensional, or global, description of fuelling and exhaust processes is introduced to help assess techniques for reducing the density of gas, and its impact on plasma-density control, within the large vacuum tank of the MAST spherical tokamak. Model calculations for sample MAST discharges reveal their typical ion confinement time (⩽50 ms) and contrasting fuelling efficiencies for outboard or inboard puffing. In steady state, the ratio between tank molecular and plasma densities is fixed irrespective of any sinks when gas is puffed from the vessel wall, but for fuelling at the plasma edge with moderate ionization efficiency, unsaturated boronization of MAST surfaces can yield ≈5 × lower gas density and excellent plasma pump-out. A 'two-chamber' adaptation of the global model with zones connected by variable conductances is also defined to address a possible in-vessel, cryopumped divertor. Exact limiting solutions reveal that for a constant plasma, steady-state gas density in the main torus generally rises for stronger divertor pumping when puffing into the tank, while it only decreases with pumping for fuelling at non-zero efficiency directly into the divertor plasma or 100% efficiency at any location. Full 'two-chamber' calculations for MAST indicate that the tank gas would be lowered principally through high divertor closure and fuelling efficiency, which combined with unsaturated boronization lead to > 10 × less steady gas density. Divertor cryopumping would be useful chiefly for plasma density control in long pulses or sustained exhaust in the absence of wall sinks. Global modelling offers a way similarly to examine fuelling behaviour in any tokamak device.
MAST球状トカマクの大型真空容器内におけるガス密度低減技術と、それがプラズマ密度制御に及ぼす影響を評価するために、燃料供給および排気過程の零次元（大域的）記述を導入する。代表的なMAST放電に対するモデル計算により、その典型的なイオン閉じ込め時間（≤50 ms）と、外側または内側からのガス噴射に対する燃料供給効率の対照的な差異が明らかになる。定常状態では、容器壁からガスを噴射した場合、容器内分子密度とプラズマ密度の比は、いかなるシンクの存在にもかかわらず固定される。しかし、プラズマ端部への燃料供給において電離効率が中程度の場合、MAST表面の非飽和ボロナイゼーションにより、ガス密度を約5分の1（≈5 ×）に低減でき、優れたプラズマ排気が達成される。可変コンダクタンスで接続された領域を持つ大域モデルの「二室」適応版も、可能性のある真空容器内極低温排気ダイバータを扱うために定義される。厳密な極限解から、一定のプラズマに対して、容器内への噴射時には、ダイバータ排気を強化するほど主トーラス内の定常ガス密度は一般に上昇するが、ダイバータプラズマへの直接燃料供給（電離効率が非零）または任意の位置での100%電離効率の場合にのみ、排気とともにガス密度は低下することが明らかになる。MASTに対する完全な「二室」計算から、容器内ガスは主に高いダイバータ閉じ込めと燃料供給効率によって低減され、非飽和ボロナイゼーションと組み合わせることで、定常ガス密度は10分の1未満（> 10 ×）となることが示される。ダイバータ極低温排気は、主に長パルス運転におけるプラズマ密度制御、または壁シンクが存在しない場合の持続的排気に有用であろう。大域モデリングは、任意のトカマク装置における燃料供給挙動を同様に検討する方法を提供する。