DIII-D高约束等离子体中利用低Z粉末缓解等离子体-壁相互作用

在DIII-D高约束放电中进行的低Z粉末注入实验表明，在保持良好核心能量约束的同时，增加了偏滤器耗散与脱靶。在高约束模式等离子体（$I_p=$1 MA、$B_t=$2 T、$P_{NB}=$6 MW、$\langle n_e\rangle=3.6-5.0\cdot10^{19}$ m$^{-3}$）中，以3–204 mg/s的恒定速率向上部小角度槽（SAS）偏滤器注入锂（Li）、硼（B）和氮化硼（BN）粉末，每次持续2秒。54 mg/s的多组分BN粉末使偏滤器中性粒子压缩比提升最显著，超过一个数量级，并实现了持久脱靶，而储存磁能 $W_{mhd}$ 仅轻微下降5%。204 mg/s的氮化硼粉末进一步降低了偏滤器上的ELM通量，但也因 $n=2$ 撕裂模的出现导致约束性能下降24%。粉末应用还显著改善了壁条件，表现为累积注入不可再循环材料后壁燃料源以及本征碳、氧含量降低。结果表明，低Z粉末注入（包括混合元素化合物）是一种有前景的芯-边兼容新技术，可在高约束运行期间同时实现偏滤器脱靶并改善壁条件。