Abstract
The optimized superconducting stellarator device Wendelstein 7-X (with major radius R = 5.5 m, minor radius a = 0.5 m, and 30 m(3) plasma volume) restarted operation after the assembly of a graphite heat shield and 10 inertially cooled island divertor modules. This paper reports on the results from the first high-performance plasma operation. Glow discharge conditioning and ECRH conditioning discharges in helium turned out to be important for density and edge radiation control. Plasma densities of 1-4.5 x 10(19) m(-3) with central electron temperatures 5-10 keV were routinely achieved with hydrogen gas fueling, frequently terminated by a radiative collapse. In a first stage, plasma densities up to 1.4 x 10(20) m(-3) were reached with hydrogen pellet injection and helium gas fueling. Here, the ions are indirectly heated, and at a central density of 8 . 10(19 )m(-3) a temperature of 3.4 keV with T-e/T-i = 1 was transiently accomplished, which corresponds to nT(i)(0)tau(E) = 6.4 x 10(19) keV s m(-3) with a peak diamagnetic energy of 1.1 MJ and volume-averaged normalized plasma pressure = 1.2%. The routine access to high plasma densities was opened with boronization of the first wall. After boronization, the oxygen impurity content was reduced by a factor of 10, the carbon impurity content by a factor of 5. The reduced (edge) plasma radiation level gives routinely access to higher densities without radiation collapse, e.g. well above 1 x 10(20) m(-2) line integrated density and T-e = T-i = 2 keV central temperatures at moderate ECRH power. Both X2 and O2 mode ECRH schemes were successfully applied. Core turbulence was measured with a phase contrast imaging diagnostic and suppression of turbulence during pellet injection was observed.
| Original language | English |
|---|---|
| Article number | 112004 |
| Pages (from-to) | 1-11 |
| Number of pages | 11 |
| Journal | Nuclear Fusion |
| Volume | 59 |
| Issue number | 11 |
| DOIs | |
| Publication status | Published - Nov 2019 |
| MoE publication type | A1 Journal article-refereed |
Keywords
- stellarator
- divertor
- ECR heating
- NBI heating
- plasma performance
- turbulence
- impurities
- DENSITY LIMIT
- PHYSICS
- CONFINEMENT
- STELLARATOR
- SYSTEM
- W7-X
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In: Nuclear Fusion, Vol. 59, No. 11, 112004, 11.2019, p. 1-11.
Research output: Contribution to journal › Article › Scientific › peer-review
TY - JOUR
T1 - Overview of first Wendelstein 7-X high-performance operation
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PY - 2019/11
Y1 - 2019/11
N2 - The optimized superconducting stellarator device Wendelstein 7-X (with major radius R = 5.5 m, minor radius a = 0.5 m, and 30 m(3) plasma volume) restarted operation after the assembly of a graphite heat shield and 10 inertially cooled island divertor modules. This paper reports on the results from the first high-performance plasma operation. Glow discharge conditioning and ECRH conditioning discharges in helium turned out to be important for density and edge radiation control. Plasma densities of 1-4.5 x 10(19) m(-3) with central electron temperatures 5-10 keV were routinely achieved with hydrogen gas fueling, frequently terminated by a radiative collapse. In a first stage, plasma densities up to 1.4 x 10(20) m(-3) were reached with hydrogen pellet injection and helium gas fueling. Here, the ions are indirectly heated, and at a central density of 8 . 10(19 )m(-3) a temperature of 3.4 keV with T-e/T-i = 1 was transiently accomplished, which corresponds to nT(i)(0)tau(E) = 6.4 x 10(19) keV s m(-3) with a peak diamagnetic energy of 1.1 MJ and volume-averaged normalized plasma pressure = 1.2%. The routine access to high plasma densities was opened with boronization of the first wall. After boronization, the oxygen impurity content was reduced by a factor of 10, the carbon impurity content by a factor of 5. The reduced (edge) plasma radiation level gives routinely access to higher densities without radiation collapse, e.g. well above 1 x 10(20) m(-2) line integrated density and T-e = T-i = 2 keV central temperatures at moderate ECRH power. Both X2 and O2 mode ECRH schemes were successfully applied. Core turbulence was measured with a phase contrast imaging diagnostic and suppression of turbulence during pellet injection was observed.
AB - The optimized superconducting stellarator device Wendelstein 7-X (with major radius R = 5.5 m, minor radius a = 0.5 m, and 30 m(3) plasma volume) restarted operation after the assembly of a graphite heat shield and 10 inertially cooled island divertor modules. This paper reports on the results from the first high-performance plasma operation. Glow discharge conditioning and ECRH conditioning discharges in helium turned out to be important for density and edge radiation control. Plasma densities of 1-4.5 x 10(19) m(-3) with central electron temperatures 5-10 keV were routinely achieved with hydrogen gas fueling, frequently terminated by a radiative collapse. In a first stage, plasma densities up to 1.4 x 10(20) m(-3) were reached with hydrogen pellet injection and helium gas fueling. Here, the ions are indirectly heated, and at a central density of 8 . 10(19 )m(-3) a temperature of 3.4 keV with T-e/T-i = 1 was transiently accomplished, which corresponds to nT(i)(0)tau(E) = 6.4 x 10(19) keV s m(-3) with a peak diamagnetic energy of 1.1 MJ and volume-averaged normalized plasma pressure = 1.2%. The routine access to high plasma densities was opened with boronization of the first wall. After boronization, the oxygen impurity content was reduced by a factor of 10, the carbon impurity content by a factor of 5. The reduced (edge) plasma radiation level gives routinely access to higher densities without radiation collapse, e.g. well above 1 x 10(20) m(-2) line integrated density and T-e = T-i = 2 keV central temperatures at moderate ECRH power. Both X2 and O2 mode ECRH schemes were successfully applied. Core turbulence was measured with a phase contrast imaging diagnostic and suppression of turbulence during pellet injection was observed.
KW - stellarator
KW - divertor
KW - ECR heating
KW - NBI heating
KW - plasma performance
KW - turbulence
KW - impurities
KW - DENSITY LIMIT
KW - PHYSICS
KW - CONFINEMENT
KW - STELLARATOR
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KW - W7-X
U2 - 10.1088/1741-4326/ab03a7
DO - 10.1088/1741-4326/ab03a7
M3 - Article
SN - 0029-5515
VL - 59
SP - 1
EP - 11
JO - Nuclear Fusion
JF - Nuclear Fusion
IS - 11
M1 - 112004
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