Abstract After a long device enhancement phase, scientific operation resumed in 2022. The main new device components are the water cooling of all plasma facing components and the new water-cooled high heat flux divertor units. Water cooling allowed for the first long-pulse operation campaign. A maximum discharge length of 8 min was achieved with a total heating energy of 1.3 GJ. Safe divertor operation was demonstrated in attached and detached mode. Stable detachment is readily achieved in some magnetic configurations but requires impurity seeding in configurations with small magnetic pitch angle within the edge islands. Progress was made in the characterization of transport mechanisms across edge magnetic islands: Measurement of the potential distribution and flow pattern reveals that the islands are associated with a strong poloidal drift, which leads to rapid convection of energy and particles from the last closed flux surface into the scrape-off layer. Using the upgraded plasma heating systems, advanced heating scenarios were developed, which provide improved energy confinement comparable to the scenario, in which the record triple product for stellarators was achieved in the previous operation campaign. However, a magnetic configuration-dependent critical heating power limit of the electron cyclotron resonance heating was observed. Exceeding the respective power limit leads to a degradation of the confinement.

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 This study introduces a novel divertor target design scheme for stellarators, grounded in mathematical treatments and tailored to control toroidal heat load distributions. Initially, a differential equation characterizing toroidally uniform heat load distribution has been established in a two-dimensional (2D) slab configuration, and its analytic solution has been obtained. Subsequently, a numerical scheme has been developed to adapt the analytic solution into the 3D surface shape of stellarator target. The effectiveness of this design scheme has been validated through simulations of the Chinese First Quasi-axisymmetric Stellarator (CFQS) using a suite of codes including HINT, FLARE and EMC3-EIRENE, where a toroidally uniform heat load distribution has been achieved with an island configuration. Further, the effects of input parameters on the target shape and heat load distribution have been studied. The robustness of the designed target has been investigated by simulation results with varying magnetic island configurations, confirming that the toroidal uniformity of heat load distribution is insensitive to changes in island configurations. Moreover, the designed target has been assessed with gas puffing of neon, which shows that neon injections effectively reduce the heat loads without altering the toroidal uniformity of heat load distributions. The proposed scheme highlights the importance of theoretical and mathematical foundations of target design, offering an advantageous alternative/complement to the traditional numerical schemes.