Abstract Recently, experiments on basic plasma physics issues for solving future problems in fusion energy have been performed on a Large Helical Device. There are several problems to be solved in future devices for fusion energy. Emerging issues in burning plasma are: alpha-channeling (ion heating by alpha particles), turbulence and transport in electron dominant heating helium ash exhaust, reduction of the divertor heat load. To solve these problems, understanding the basic plasma physics of (1) wave–particle interaction through (inverse) Landau damping, (2) characteristics of electron-scale (high- k ) turbulence, (3) ion mixing and the isotope effect, and (4) turbulence spreading and detachment, is necessary. This overview discusses the experimental studies on these issues and turbulent transport in multi-ion plasma and other issues in the appendix.

Abstract Electron-scale turbulence, whose wavelength is the electron Larmor radius, is thought to have the potential to cause stiffness in an electron temperature gradient and degrade the confinement of future burning plasma in which the electron heating by alpha particles is dominant. The dependence of electron-scale turbulence and electron heat flux on the electron temperature inverse gradient length R ax / L T e , were investigated. The electron temperature gradient was successfully varied in the range of − 3 < R ax / L T e < 12 by controlling the injection power of on/off-axis electron cyclotron heating. The results show a significant increase in the electron-scale turbulence with increasing R ax / L T e , especially in conditions where Electron Temperature Gradient (ETG) instability is linearly unstable, suggesting the presence of ETG turbulence at high R ax / L T e . The electron heat flux also increases steeply with increasing R ax / L T e . In addition, the electron-scale turbulence is observed even at R ax / L T e ∼ 0 , which is stable in linear GKV calculations. Finding the cause of this phenomenon is an interesting task for the future.

A preparatory study is underway to investigate the feasibility study of high-energetic, non-thermal electron distribution function measurements using a vertical-viewing electron cyclotron emission (ECE) diagnostic on JT-60SA. The system is designed to detect broad ECE spectra (70–260 GHz) due to the second, third, and fourth harmonics using a focusing optics system with four quasi-optical mirrors in the upper port of JT-60SA. A Gaussian beam optics design is performed in vacuum, and ray tracing calculations are performed in plasma using the TRAVIS code to investigate density characteristics. A ceramic viewing dump is also designed to reduce the effects of multiple reflections from the opposing vacuum vessel surface.