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Dynamic response of detached plasma to intermittent heat and particle fluxes induced by double-pulse ECH in GAMMA 10/PDX

Masayuki Yoshikawa, Junko Kohagura, Naomichi Ezumi, Tsuyoshi Kariya, Ryutaro Minami, Tomoharu Numakura, Mafumi Hirata, Satoshi Togo, Yoriko Shima, Takuma Okamoto2026年5月Nuclear FusionIF 3出版社

Detached plasma dynamics under transient upstream perturbations were investigated in the divertor simulation module of GAMMA 10/PDX using double-pulse central electron cyclotron heating (C-ECH) to generate controlled transient heat and particle fluxes. Detached plasma was produced by radiator gas injection, and its temporal evolution was measured with electrostatic probes, Thomson scattering, microwave interferometry, and high-speed Balmer-line imaging. The intermittent particle fluxes generated by C-ECH induced rapid and repeatable transitions between detached and attached states, with characteristic collapse and recovery times of approximately 1 ms. Spatiotemporal Hα/Hβ measurements revealed a transient, heating-driven shift of the recombining (MAR-dominated) region toward the target plate, accompanied by a transition to an ionization-dominated regime. Comparison with a collisional-radiative model indicates that the observed variations in Hα/Hβ reflect temperature-driven changes in excitation and recombination processes, although the line-integrated nature of the measurement limits quantitative comparison. The response times are comparable to those reported in Magnum-PSI transient-pulse experiments, demonstrating that detachment stability is sensitive to millisecond-scale perturbations across different magnetic configurations and plasma species. These results establish double-pulse C-ECH as a precise actuator for studying and controlling detachment-like plasma states in the end region of mirror devices.

日本語訳

非接触プラズマの過渡的上流摂動下でのダイナミクスを、GAMMA 10/PDXのダイバータ模擬モジュールにおいて、制御された過渡的な熱および粒子束を生成するための二重パルス中心電子サイクロトロン加熱(C-ECH)を用いて調査した。非接触プラズマは放射体ガス注入によって生成され、その時間発展は静電プローブ、トムソン散乱、マイクロ波干渉法、および高速バルマー線イメージングによって測定された。C-ECHによって生成された間欠的な粒子束は、非接触状態と接触状態の間の高速かつ再現性のある遷移を誘発し、その特徴的な崩壊および回復時間は約1ミリ秒であった。時空間的なHα/Hβ測定により、加熱駆動による過渡的な再結合(MAR支配)領域のターゲットプレート方向への移動が明らかになり、それに伴って電離支配領域への遷移が生じた。衝突放射モデルとの比較は、観測されたHα/Hβの変化が励起および再結合過程における温度駆動の変化を反映していることを示しているが、測定の線積分的性質が定量的比較を制限している。応答時間は、Magnum-PSI過渡パルス実験で報告されたものと同程度であり、非接触状態の安定性が、異なる磁場配位およびプラズマ種にわたってミリ秒スケールの摂動に敏感であることを示している。これらの結果は、二重パルスC-ECHが、ミラー装置の端部領域における非接触様プラズマ状態を研究および制御するための精密なアクチュエータであることを確立する。

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Electron cyclotron heating

AIによる論文要約

二重パルスECHによる間欠的な熱・粒子束に対する非接触プラズマの動的応答(GAMMA 10/PDX)
JA核融合プラズマのダイバータ物理や非接触プラズマの動的挙動に興味がある研究者や大学院生。特に、過渡的な熱・粒子パルスに対するプラズマの応答を理解したい方。#非接触プラズマ #ダイバータ #GAMMA10PDX #ECH #プラズマ加熱
LLM向け: {"Title": "二重パルスECHによる間欠的な熱・粒子束に対する非接触プラズマの動的応答", "Authors": "not specified", "R…

核融合炉では、プラズマと壁の相互作用を抑えるために「非接触プラズマ」と呼ばれる状態が重要です。本研究では、GAMMA 10/PDX装置のダイバータ模擬部で、電子サイクロトロン加熱(ECH)の二重パルスを使って、急激な熱や粒子の流入に対する非接触プラズマの応答を調べました。その結果、約1ミリ秒という短時間でプラズマが非接触状態と接触状態の間を繰り返し遷移することが分かりました。また、発光分光測定から、加熱によってプラズマの再結合領域が標的板側に移動し、電離支配の状態に変わる様子を観測しました。この応答時間は他の装置での実験と同程度であり、非接触プラズマの安定性がミリ秒スケールの擾乱に敏感であることを示しています。二重パルスECHは、ミラー装置の端部領域で非接触プラズマ状態を研究・制御するための精密なアクチュエータとして有効です。

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