Abstract ST40 is a compact, high-field (B T0 ≤ 2.1T) spherical tokamak (ST) with a mission to expand the physics and technology basis for the ST route to commercial fusion. The ST40 research programme covers confinement and stability; solenoid-free start-up; high-performance operating scenarios; and plasma exhaust. In 2022, ST40 obtained a central deuterium ion temperatures of 9.6 ± 0.4 keV, demonstrating for the first time that pilot plant relevant ion temperatures can be reached in a compact, high-field ST. Analysis of these high-ion temperature plasmas is presented, including a summary of confinement, transport and microstability characteristics and energetic particle instabilities. Recent scenario development activities have focused on establishing diverted H-mode plasma discharges across a range of toroidal fields and plasma currents, along with scenarios with high non-inductive current fractions. In future operations, beginning in 2025, a 1MW dual frequency (104/137 GHz) electron cyclotron (EC) system will be installed to enable the study of EC and electron Bernstein wave plasma start-up and current drive. Predictive modelling of the potential performance of these systems is presented.

Abstract Like most magnetic confined fusion experiments, the ST40 tokamak started off with a small subset of diagnostics and gradually increased the diagnostic set to include more complex and comprehensive systems. To make the most of each operational phase, forward models of various diagnostics are used and developed to aid design, provide consistency-checks during commissioning, test analysis methods, and build workflows to constrain high-level parameters to inform interpretation, theory and modelling. For new models and new analysis workflows, minimum-viable-products (MVP) are released early, and their complexity is increased in a step-wise manner, facilitating the support of all programme phases on multiple parallel applications, while enabling learning opportunities and feedback loops. In this contribution we review the philosophy, scope and architecture of the framework under development. We discuss the details of some forward models, with examples on how they are used to aid diagnostic design, to investigate analysis methodologies through synthetic data, and how they are embedded in experimental analysis workflows. We compare previously published experimental results with new, more advanced analysis workflows employing more recent, detailed models and new diagnostic data, providing confirmation of the published material from the 2021-22 experimental campaign.