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.

Abstract A new sightline geometry for the fast-ion D-alpha (FIDA) diagnostic on the Large Helical Device (LHD) has been confirmed to measure signals for high-energy fast ions produced by negative-ion neutral beam injection. The newly installed sightline uses a 180 keV tangential negative-ion neutral beamline as the active source. Due to the small angle between the beamline and FIDA sightline, the relative velocity between fast ions and injected neutrals is small. This allows for high-energy fast ions just below the beam injection energy to produce measurable Doppler-shifted FIDA emission. Experiments were conducted at LHD in order to compare the new sightline, which views a high-energy negative-ion tangential beamline, and the old sightline, which views a low-energy perpendicular positive-ion neutral beamline. The measured FIDA signal is validated against predictions from the synthetic fast-ion diagnostic code FIDASIM with a distribution function modelled by the 5D transport code GNET. The results of the experiment confirm that reducing the viewing angle with a tangential active beam allows FIDA diagnostic to view high-energy fast ions with a sufficient signal-to-noise ratio.