AbstractExtended pulse experiments and fusion reactors will require plasma exhaust, specifically helium exhaust, in order to achieve long, stable pulses or steady-state burning. In addition, impurity control is required to minimize the value of nτETi needed to achieve full plasma performance. It is shown that high density, lower temperature plasma burn conditions, such as are predicted for high field tokamaks, place less severe requirements on exhaust efficiency for helium. Modular and toroidal belt pumped limiters have demonstrated exhaust efficiencies of greater than 10 to 20% for hydrogen and deuterium in ohmic, neutral beam and ICRF discharges. Recent experiments in TEXTOR have explored the details of helium transport and exhaust in mixed deuterium-helium plasmas. To control impurity introduction, pumped divertors may be essential and major experiments are planned for the JET and DIII-D tokamaks. Pumped divertors can exhaust plasma and reduce the heat flux to target plates. Analysis indicates that friction can restrain impurities generated in the divertor chamber from escaping the divertor plasma channel if high density, low temperature conditions are achieved near the divertor plate. Going further in this direction, experimental simulations in the linear experiment, PISCES, of the gaseous divertor concept, suggested for the ITER reactor, have demonstrated greatly enhanced radial plasma losses (by comparison with Bohm losses) in the channel and a large, 100 fold reduction in the heat flux to the end (divertor) plate. The results are encouraging with regard to handling the high heat fluxes in reactors. The exhaust of helium may, however, be limited by diffusion rates in the core, especially in H-mode plasmas.
核融合実験の長時間パルス化や定常運転を実現するためには、プラズマ排気、特にヘリウム排気が必要となる。また、完全なプラズマ性能を達成するために必要なnτETi値を最小化するには、不純物制御が要求される。高密度・低温のプラズマ燃焼条件、例えば高磁場トカマクで予測されるような条件では、ヘリウム排気効率に対する要求は緩和されることが示されている。モジュール型およびトロイダルベルト型ポンプリミターは、オーミック加熱、中性粒子ビーム加熱、ICRF加熱の各放電において、水素および重水素に対して10%を超える排気効率を実証してきた。TEXTORにおける最近の実験では、重水素-ヘリウム混合プラズマ中のヘリウム輸送と排気の詳細が調べられている。不純物の混入を制御するためには、ポンプダイバータが不可欠となる可能性があり、JETおよびDIII-Dトカマクでは大規模な実験が計画されている。ポンプダイバータはプラズマを排気し、ターゲット板への熱流束を低減することができる。解析によれば、ダイバータ板近傍で高密度・低温条件が達成されれば、ダイバータチャンバー内で生成された不純物がダイバータプラズマチャネルから漏出するのを摩擦によって抑制できることが示されている。この方向をさらに進めると、ITER炉で提案されているガスダイバータ概念の実験的シミュレーションが線形実験装置PISCESで行われ、チャネル内での径方向損失がボーム損失と比較して大幅に増大し、端部（ダイバータ）板への熱流束が100分の1に低減することが実証された。これらの結果は、炉における高熱流束の処理に関して有望である。しかし、ヘリウムの排気は、特にHモードプラズマにおいて、コア領域での拡散速度によって制限される可能性がある。