A new scintillator based fast-ion loss detector (FILD) system has been designed for the Wendelstein 7-X (W7-X) stellarator. The mechanical design of the system is presented here along with engineering analyses of the system. This includes an assessment of the structural loads which also considers electromagnetic forces calculated for possible disruption scenarios as well as a mode frequency analysis of the system. Furthermore, an analysis of the thermal characteristics of the actively cooled probe head under prescribed steady state and transient heat loads is presented. Finally, the optical relay system is described and its properties used to forward model synthetic camera signals using the FILDSIM code and based on theoretical fast-ion losses incident on the probe head calculated using the ASCOT5 code.

A quantitative theoretical framework has been created to model neutral beam injection and fast ion losses in the Wendelstein 7-X (W7-X) stellarator, including a novel method to develop synthetic diagnostics for fast ion loss detectors (FILDs) of many types, such as scintillating and Faraday Cup FILDs. This is the first time that this has been done in stellarator geometry with this level of fidelity, providing a way for fast ion losses to be predicted more precisely in future stellarator experiments and in W7-X. Simulations of the signal seen by a Faraday Cup FILD have been completed for multiple W7-X plasmas and show close agreement with the measured signals. This method is now applied to an actively water-cooled, scintillator-based FILD, which is currently in development to measure the fast ion loss distribution in W7-X in greater detail. The design makes use of a double slit to measure energy-and-pitch-angle-resolved losses of both co-going and counter-going fast ions. The diagnostic, which can be inserted to different radial positions, has been designed to withstand steady-state heat fluxes of up to 120 kW/m2 along with additional transient heat loads of 100 kW/m2 lasting for up to 20 s at a time. Simulations of W7-X standard magnetic configuration show up to 8 × 1013 (s−1 cm−2) ion fluxes onto the sensor from each neutral beam source and no signal from the counter-going slit. These simulations will help inform experimental proposals for future W7-X campaigns after installation of this diagnostic.

Abstract Hybrid fusion power plants able to produce hydrogen and electricity are proposed here as a way of decarbonising the fossil-fuel-dominated primary energy market and to improve the plant economics. The main cost drivers of a fusion power plant based on a spherical tokamak have been identified using statistical analysis (Morris and Sobol methods) from a wide range of cases obtained with the systems code PROCESS. Showing the relevance of parameters such as 
β, A, B T max .

Three scenarios of advancing technophysical assumptions (conservative, moderate and optimistic) have been chosen to study the integration of the fusion reactor with the power block (Rankine, He-Brayton or super-critical-CO 2 -Feher) and with the PEM electrolyser. The super-critical-CO 2 cycle returns the best results for the studied temperature range (500ºC-800ºC), with an efficiency between 40%-56%. The modelled PEM is in line with current commercial models with a consumption of 51.97 kWh/kg H 2 .

The economic feasibility of these scenarios has been explored for a set of learning factors that consider the cheapening of the capital costs tied to experience. The LCOE of these scenarios have been compared against current price ranges of solar, wind and fission power and the LCOH against PEM prices, showing that the moderate and optimistic scenarios could be competitive for learning factors lower than 0.5 and capacity factors larger than 0.7. A showcase case using the optimistic scenario shows that the hybrid fusion power plant in the French and German market can improve the plant profits by 15% and 66% respectively.