Abstract In the Wendelstein 7-X (W7-X) stellarator, turbulence is the dominant transport mechanism in most discharges. This leads to a ‘clamping’ of ion temperature over a wide range of heating power, predominantly flat density profiles where hollow profiles driven by neoclassical thermo-diffusion would be expected and by rapid impurity transport in injection experiments. Significantly reduced turbulent transport is observed in the presence of strong core density gradients found transiently after core pellet injection and irregularly after boronisation or boron pellet injection. Density peaking is also achieved in a controlled manner in purely neutral beam heated discharges where particle transport analysis reveals an abrupt reduction in the main-ion particle flux leading to significant density profile peaking not explained by the NBI particle source alone. The plasmas exhibit a heat diffusivity of around χ = 0.25 ± 0.1   m 2     s − 1  at mid radius, a factor of around 4 lower than ECRH dominated discharges. Despite the improved confinement, the achieved ion temperature is limited by broader heat deposition and the lower power-per-particle given the higher density. This is overcome with limited reintroduction of ECRH power, where the low heat diffusivity diffusivity is maintained, the density rise supressed and ion temperatures above the clamping limit are achieved. The applicability of these plasmas for a high performance scenario on transport relevant time scales is assessed, including initial predictions for planned heating upgrades of W7-X, based on a range of assumptions about particle transport.

Ambient pressure may influence the thermal path between the absorber and heat sink of resistive bolometers and thus impact the calibration parameters. This effect is investigated for metal resistive bolometer sensors as used in bolometer diagnostics on fusion experiments. Measurements in the test facility IBOVAC indicate that pressure has no effect up to 10−3 mbar. However, a significant change in the cooling time constant is observed for pressures above 10−2 mbar, a reduction up to a factor of three at 1 mbar. The measurements performed in N2 and He atmospheres and simulations in H2 indicate no difference between the results from different gas species up to 10−3 mbar and less than 10 % up to 0.1 mbar. A model based on the thermal conductivity of the surrounding gas combined with the geometry of the sensor holder successfully demonstrates that the additional cooling path through the gas, which may vary between the measurement and reference absorbers, can explain the measurement results. Applying the model to the geometry of a sensor holder designed for port-mounted bolometer cameras in ITER led to design modifications that should help reduce the impact of high environmental pressures on the bolometer measurements. Similarly, it can be assumed that applying the model to the geometries and sensors of operating bolometer diagnostics can help correct the measurements and improve the understanding of plasma radiation in the case of high pressures at the location of bolometer sensors.

Abstract We present the first nonlinear, gyrokinetic, radially global simulation of a discharge of the Wendelstein 7-X-like stellarator (W7-X), including kinetic electrons, an equilibrium radial electric field, as well as electromagnetic and collisional effects. By comparison against flux-tube and full-flux-surface simulations, we assess the impact of the equilibrium ExB-flow and flow shear on the stabilisation of turbulence. In contrast to the existing literature, we further provide substantial evidence for the turbulent electron heat flux being driven by trapped-electron-mode (TEM) and electron-temperature-gradient (ETG) turbulence in the core of the plasma. The former manifests as a hybrid together with ion-temperature-gradient (ITG) turbulence and is primarily driven by the finite electron temperature gradient, which has largely been neglected in nonlinear stellarator simulations presented in the existing literature.

Abstract The paper reports for the first time the heat and particle exhaust at the plasma boundary through various edge diagnostics for the high-performance plasma obtained after pellet injection on Wendelstein 7-X. The plasma density at the edge is found to be reduced by a factor of 2 in the high-performance phase, supporting the previously reported density peaking at the plasma centre. The plasma beta effect on the magnetic topology is reflected by the appearance of the second strike line, which is well understood with simulation. However, during the rapid decay phase of the enhanced confinement, a transient localized heat flow of up to 16 MW m −2 is observed at the leading edge of a poorly cooled divertor component, which has not been understood but raises concerns about machine safety.

Abstract As magnetic confinement devices move toward higher fusion powers, moderating the heat load to the plasma-facing components becomes increasingly challenging. Efficient power dissipation can be achieved through control of the plasma radiation. However, defining a reliable proxy for the total radiated power is particularly challenging for non-axisymmetric devices such as stellarators. To address this problem, the radiated power can be estimated through a sum of the individual line-integrated bolometer measurements with weights properly calculated to account for the three-dimensional magnetic geometry. The present contribution aims to apply this weighted sum approach to Wendelstein 7-X (W7-X) and quantitatively validate it. First, we generate synthetic radiated power phantoms with characteristic W7-X radiation features to derive a set of optimized line-of-sight weights. Then, we test the weights on mock-ups and EMC3-EIRENE radiation patterns, including acquisition and analysis errors such as random noise fluctuations, camera misalignments, and field errors. Compared to other methods, the optimized weighted sum technique exhibited the best performance in all the presented synthetic test cases. When applied to experimental bolometer data, the optimized weights provided a proxy that is both reliable and real-time capable. Further validation is foreseen for the next experimental campaign.