Tungsten (W) is one of the major impurities in ITER and future DEMO reactors. However, diagnosing ion density, temperature, and spatial distribution for tungsten ions in low charge states such as W17+-W27+ is difficult due to a lack of spectral line data. In this study, we observed tungsten Unresolved Transition Array (UTA) spectra around W20+ in Large Helical Device. Furthermore, the emission spectra of tungsten ions ranging from W19+-W23+ were also measured using Compact electron Beam Ion Trap (CoBIT). Two spectral peaks were detected in the CoBIT experimental setup. Subsequently, these peaks were theoretically identified as 5s-5p and 5p3/2-5d transitions using Flexible Atomic Code (FAC). The identified peaks are useful for impurity diagnostics of ITER edge plasma.

Abstract Spectroscopic studies of emissions released from tungsten ions combined with a pellet injection technique have been conducted in Large Helical Device for contribution to the tungsten transport study in tungsten divertor fusion devices and for expansion of the experimental database of tungsten line emissions. The spectral intensities of W 5+ , W 24+ –W 28+ , W 37+ , W 38+ , W 41+ –W 43+ , W 45+ , and W 46+ emission lines were measured simultaneously over a wide wavelength range from x-ray to visible. Time evolutions of the various tungsten line spectra indicate that the tungsten confinement time depends on the electron density of the plasma and is long in high density plasmas, on the order of seconds, and short in low density plasmas, on the order of sub-seconds. When the confinement time was long, the tungsten ions remained in the plasma until the end of the discharge, changing their dominant charge with the change in electron temperature. When the confinement time was short, the tungsten ions rapidly decreased in all charge states and disappeared. Space-resolved EUV and visible spectroscopy measurements have revealed that tungsten ions stayed in the core region of the plasma with changing their dominant charge state depending on the electron temperature in the discharges with the long confinement time. Detailed analysis of soft x-ray emission suggested that the confinement time increases with density and becomes saturated when the central electron density exceeds 2 × 10 13 cm −3 .

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.

This study determined the electron temperature and density in atmospheric pressure argon plasma using optical emission spectroscopy. The analysis combined continuum and line spectral data. Visible bremsstrahlung inversion was used to derive a partial electron energy probability function (EEPF) from the continuum spectrum. Subsequently, electron temperature was estimated assuming a two-temperature distribution based on the derived EEPF. Electron density was obtained by fitting a collisional-radiative (CR) model to the line spectrum, incorporating the obtained EEPF instead of assuming a Druyvesteynian EEPF. Comparative analysis revealed that the electron densities determined using the approach were approximately one order of magnitude lower than those derived from the CR model with the Druyvesteynian EEPF. However, they exhibited strong agreement with the results obtained by the CR model using a two-temperature distribution. This approach demonstrated favorable performance in reproducing both continuum and line spectra, revealing its high reliability and accuracy for atmospheric pressure argon plasma diagnosis.