Operational regime and confinement property of JT-60SA L-mode plasma in the first plasma operation phase

Abstract Characteristics and operational regimes of electron density, electron temperature, and energy confinement have been investigated in the JT-60SA first plasma operation phase. Working gases for these plasma discharges are hydrogen (H 2 ) and helium (He). A plasma current <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" overflow="scroll"> <mml:mrow> <mml:msub> <mml:mi>I</mml:mi> <mml:mrow> <mml:mi mathvariant="normal">p</mml:mi> </mml:mrow> </mml:msub> </mml:mrow> </mml:math> of 1.2 MA has been achieved at a toroidal magnetic field <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" overflow="scroll"> <mml:mrow> <mml:msub> <mml:mi>B</mml:mi> <mml:mrow> <mml:mi mathvariant="normal">T</mml:mi> </mml:mrow> </mml:msub> </mml:mrow> </mml:math> of 2 T. In <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" overflow="scroll"> <mml:mrow> <mml:msub> <mml:mi>I</mml:mi> <mml:mrow> <mml:mi mathvariant="normal">p</mml:mi> </mml:mrow> </mml:msub> <mml:mo>=</mml:mo> </mml:mrow> </mml:math> 1 MA, the operational regimes of a line-averaged electron density <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" overflow="scroll"> <mml:mrow> <mml:msub> <mml:mrow> <mml:mover> <mml:mi>n</mml:mi> <mml:mo stretchy="false">¯</mml:mo> </mml:mover> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mi mathvariant="normal">e</mml:mi> </mml:mrow> </mml:msub> </mml:mrow> </mml:math> are <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" overflow="scroll"> <mml:mrow> <mml:mn>2.7</mml:mn> <mml:mo>×</mml:mo> <mml:msup> <mml:mn>10</mml:mn> <mml:mrow> <mml:mn>18</mml:mn> </mml:mrow> </mml:msup> </mml:mrow> </mml:math> – <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" overflow="scroll"> <mml:mrow> <mml:mn>5.2</mml:mn> <mml:mo>×</mml:mo> <mml:msup> <mml:mn>10</mml:mn> <mml:mrow> <mml:mn>18</mml:mn> </mml:mrow> </mml:msup> </mml:mrow> </mml:math> m <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" overflow="scroll"> <mml:mrow> <mml:msup> <mml:mrow/> <mml:mrow> <mml:mo>−</mml:mo> <mml:mn>3</mml:mn> </mml:mrow> </mml:msup> </mml:mrow> </mml:math> for the He-gas injected plasma and <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" overflow="scroll"> <mml:mrow> <mml:mn>2.5</mml:mn> <mml:mo>×</mml:mo> <mml:msup> <mml:mn>10</mml:mn> <mml:mrow> <mml:mn>18</mml:mn> </mml:mrow> </mml:msup> </mml:mrow> </mml:math> – <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" overflow="scroll"> <mml:mrow> <mml:mn>6.5</mml:mn> <mml:mo>×</mml:mo> <mml:msup> <mml:mn>10</mml:mn> <mml:mrow> <mml:mn>18</mml:mn> </mml:mrow> </mml:msup> </mml:mrow> </mml:math> m <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" overflow="scroll"> <mml:mrow> <mml:msup> <mml:mrow/> <mml:mrow> <mml:mo>−</mml:mo> <mml:mn>3</mml:mn> </mml:mrow> </mml:msup> </mml:mrow> </mml:math> for the H 2 -gas injected plasma. A maximum electron temperature in this operation phase is 2.0 keV in the core region in the case of He-gas-injection and 1.13 MW electron cyclotron resonant heating. A global energy confinement time <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" overflow="scroll"> <mml:mrow> <mml:msub> <mml:mi>τ</mml:mi> <mml:mrow> <mml:mi mathvariant="normal">E</mml:mi> </mml:mrow> </mml:msub> </mml:mrow> </mml:math> of L-mode divertor plasmas for both the He-gas-injected and H 2 -gas-injected plasmas strongly depends on the total input power. In the similar total input power regimes, <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" overflow="scroll"> <mml:mrow> <mml:msub> <mml:mi>τ</mml:mi> <mml:mrow> <mml:mi mathvariant="normal">E</mml:mi> </mml:mrow> </mml:msub> </mml:mrow> </mml:math> increases with an increase in <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" overflow="scroll"> <mml:mrow> <mml:msub> <mml:mrow> <mml:mover> <mml:mi>n</mml:mi> <mml:mo stretchy="false">¯</mml:mo> </mml:mover> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mi mathvariant="normal">e</mml:mi> </mml:mrow> </mml:msub> </mml:mrow> </mml:math> , leading to the possibility of these plasmas in the linear ohmic confinement regime. The global energy confinement time of the H 2 -gas-injected plasmas, which is in the range of 100–200 ms, is compared with the ITER89-P scaling law, resulting in <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" overflow="scroll"> <mml:mrow> <mml:msub>