Overview of first Wendelstein 7-X high-performance operation

Journal Article · Wed Jun 05 00:00:00 EDT 2019 · Nuclear Fusion

DOI:https://doi.org/10.1088/1741-4326/ab03a7· OSTI ID:1598166

Klinger, T.; Andreeva, T.; Bozhenkov, S. ; Brandt, C.; Burhenn, R.; Buttenschön, B. ; Fuchert, G.; Geiger, B.; Grulke, O.; Laqua, H. P.; Pablant, N.; Rahbarnia, K.; Stange, T.; von Stechow, A.; Tamura, N. ; Thomsen, H.; Turkin, Y.; Wegner, T. ; Abramovic, I.; Äkäslompolo, S. ; Alcuson, J.; Aleynikov, P.; Aleynikova, K.; Ali, A.; Alonso, A.; Anda, G.; Ascasibar, E.; Bähner, J. P.; Baek, S. G.; Balden, M.; Baldzuhn, J.; Banduch, M.; Barbui, T.; Behr, W.; Beidler, C.; Benndorf, A.; Biedermann, C.; Biel, W.; Blackwell, B.; Blanco, E.; Blatzheim, M.; Ballinger, S.; Bluhm, T.; Böckenhoff, D.; Böswirth, B.; Böttger, L. -G.; Borchardt, M.; Borsuk, V.; Boscary, J.; Bosch, H. -S.; Beurskens, M.; Brakel, R.; Brand, H.; Bräuer, T.; Braune, H.; Brezinsek, S.; Brunner, K. -J.; Bussiahn, R.; Bykov, V.; Cai, J.; Calvo, I.; Cannas, B.; Cappa, A.; Carls, A.; Carralero, D.; Carraro, L.; Carvalho, B.; Castejon, F.; Charl, A.; Chaudhary, N.; Chauvin, D.; Chernyshev, F.; Cianciosa, M.; Citarella, R.; Claps, G.; Coenen, J.; Cole, M.; Cole, M. J.; Cordella, F.; Cseh, G.; Czarnecka, A.; Czerski, K.; Czerwinski, M.; Czymek, G.; da Molin, A.; da Silva, A.; Damm, H.; de la Pena, A.; Degenkolbe, S.; Dhard, C. P.; Dibon, M.; Dinklage, A.; Dittmar, T.; Drevlak, M.; Drewelow, P.; Drews, P.; Durodie, F.; Edlund, E.; van Eeten, P.; Effenberg, F.; Ehrke, G.; Elgeti, S.; Endler, M.; Ennis, D.; Esteban, H.; Estrada, T.; Fellinger, J.; Feng, Y.; Flom, E.; Fernandes, H.; Fietz, W. H.; Figacz, W.; Fontdecaba, J.; Ford, O.; Fornal, T.; Frerichs, H.; Freund, A.; Funaba, T.; Galkowski, A.; Gantenbein, G.; Gao, Y.; García Regaña, J.; Gates, D.; Geiger, J.; Giannella, V.; Gogoleva, A.; Goncalves, B.; Goriaev, A.; Gradic, D.; Grahl, M.; Green, J.; Greuner, H.; Grosman, A.; Grote, H.; Gruca, M.; Guerard, C.; Hacker, P.; Han, X.; Harris, J. H.; Hartmann, D.; Hathiramani, D.; Hein, B.; Heinemann, B.; Helander, P.; Henneberg, S.; Henkel, M.; Hernandez Sanchez, J.; Hidalgo, C.; Hirsch, M.; Hollfeld, K. P.; Höfel, U.; Hölting, A.; Höschen, D.; Houry, M.; Howard, J.; Huang, X.; Huang, Z.; Hubeny, M.; Huber, M.; Hunger, H.; Ida, K.; Ilkei, T.; Illy, S.; Israeli, B.; Jablonski, S.; Jakubowski, M.; Jelonnek, J.; Jenzsch, H.; Jesche, T.; Jia, M.; Junghanns, P.; Kacmarczyk, J.; Kallmeyer, J. -P.; Kamionka, U.; Kasahara, H.; Kasparek, W.; Kazakov, Y. O.; Kenmochi, N.; Killer, C.; Kirschner, A.; Kleiber, R.; Knauer, J.; Knaup, M.; Knieps, A.; Kobarg, T.; Kocsis, G.; Köchl, F.; Kolesnichenko, Y.; Könies, A.; König, R.; Kornejew, P.; Koschinsky, J. -P.; Köster, F.; Krämer, M.; Krampitz, R.; Krämer-Flecken, A.; Krawczyk, N.; Kremeyer, T.; Krom, J.; Krychowiak, M.; Ksiazek, I.; Kubkowska, M.; Kühner, G.; Kurki-Suonio, T.; Kurz, P. A.; Kwak, S.; Landreman, M.; Lang, P.; Lang, R.; Langenberg, A.; Langish, S.; Laqua, H.; Laube, R.; Lazerson, S.; Lechte, C.; Lennartz, M.; Leonhardt, W.; Li, C.; Li, C.; Li, Y.; Liang, Y.; Linsmeier, C.; Liu, S.; Lobsien, J. -F.; Loesser, D.; Loizu Cisquella, J.; Lore, J.; Lorenz, A.; Losert, M.; Lücke, A.; Lumsdaine, A.; Lutsenko, V.; Maaßberg, H.; Marchuk, O.; Matthew, J. H.; Marsen, S.; Marushchenko, M.; Masuzaki, S.; Maurer, D.; Mayer, M.; McCarthy, K.; McNeely, P.; Meier, A.; Mellein, D.; Mendelevitch, B.; Mertens, P.; Mikkelsen, D.; Mishchenko, A.; Missal, B.; Mittelstaedt, J.; Mizuuchi, T.; Mollen, A.; Moncada, V.; Mönnich, T.; Morisaki, T.; Moseev, D.; Murakami, S.; Náfrádi, G.; Nagel, M.; Naujoks, D.; Neilson, H.; Neu, R.; Neubauer, O.; Neuner, U.; Ngo, T.; Nicolai, D.; Nielsen, S. K.; Niemann, H.; Nishizawa, T.; Nocentini, R.; Nührenberg, C.; Nührenberg, J.; Obermayer, S.; Offermanns, G.; Ogawa, K.; Ölmanns, J.; Ongena, J.; Oosterbeek, J. W.; Orozco, G.; Otte, M.; Pacios Rodriguez, L.; Panadero, N.; Panadero Alvarez, N.; Papenfuß, D.; Paqay, S.; Pasch, E.; Pavone, A.; Pawelec, E.; Pedersen, T. S.; Pelka, G.; Perseo, V.; Peterson, B.; Pilopp, D.; Pingel, S.; Pisano, F.; Plaum, B.; Plunk, G.; Pölöskei, P.; Porkolab, M.; Proll, J.; Puiatti, M. -E.; Puig Sitjes, A.; Purps, F.; Rack, M.; Récsei, S.; Reiman, A.; Reimold, F.; Reiter, D.; Remppel, F.; Renard, S.; Riedl, R.; Riemann, J.; Risse, K.; Rohde, V.; Röhlinger, H.; Romé, M.; Rondeshagen, D.; Rong, P.; Roth, B.; Rudischhauser, L.; Rummel, K.; Rummel, T.; Runov, A.; Rust, N.; Ryc, L.; Ryosuke, S.; Sakamoto, R.; Salewski, M.; Samartsev, A.; Sanchez, E.; Sano, F.; Satake, S.; Schacht, J.; Satheeswaran, G.; Schauer, F.; Scherer, T.; Schilling, J.; Schlaich, A.; Schlisio, G.; Schluck, F.; Schlüter, K. -H.; Schmitt, J.; Schmitz, H.; Schmitz, O.; Schmuck, S.; Schneider, M.; Schneider, W.; Scholz, P.; Schrittwieser, R.; Schröder, M.; Schröder, T.; Schroeder, R.; Schumacher, H.; Schweer, B.; Scott, E.; Sereda, S.; Shanahan, B.; Sibilia, M.; Sinha, P.; Sipliä, S.; Slaby, C.; Sleczka, M.; Smith, H.; Spiess, W.; Spong, D. A.; Spring, A.; Stadler, R.; Stejner, M.; Stephey, L.; Stridde, U.; Suzuki, C.; Svensson, J.; Szabó, V.; Szabolics, T.; Szepesi, T.; Szökefalvi-Nagy, Z.; Tancetti, A.; Terry, J.; Thomas, J.; Thumm, M.; Travere, J. M.; Traverso, P.; Tretter, J.; Trimino Mora, H.; Tsuchiya, H.; Tsujimura, T.; Tulipán, S.; Unterberg, B.; Vakulchyk, I.; Valet, S.; Vano, L.; van Milligen, B.; van Vuuren, A. J.; Vela, L.; Velasco, J. -L.; Vergote, M.; Vervier, M.; Vianello, N.; Viebke, H.; Vilbrandt, R.; Vorköper, A.; Wadle, S.; Wagner, F.; Wang, E.; Wang, N.; Wang, Z.; Warmer, F.; Wauters, T.; Wegener, L.; Weggen, J.; Wei, Y.; Weir, G.; Wendorf, J.; Wenzel, U.; Werner, A.; White, A.; Wiegel, B.; Wilde, F.; Windisch, T.; Winkler, M.; Winter, A.; Winters, V.; Wolf, S.; Wolf, R. C.; Wright, A.; Wurden, G.; Xanthopoulos, P.; Yamada, H.; Yamada, I.; Yasuhara, R.; Yokoyama, M.; Zanini, M.; Zarnstorff, M.; Zeitler, A.; Zhang, D.; Zhang, H.; Zhu, J.; Zilker, M.; Zocco, A.; Zoletnik, S.; Zuin, M.

The optimized superconducting stellarator device Wendelstein 7-X (with major radius R = 5.5 m, minor radius $$a$$ = 0.5 m, and 30 m³ 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 × 10¹⁹ 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 × 10²⁰ 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 · 10¹⁹ m^–3 a temperature of 3.4 keV with $$T_e/T_i$$ = 1 was transiently accomplished, which corresponds to $$nT_i(0)τ_E =$$ 6.4 × 10¹⁹ keV s m^–3 with a peak diamagnetic energy of 1.1 MJ and volume-averaged normalized plasma pressure $$\langleβ\rangle$$ = 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 × 10²⁰ 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.

• Research Organization: Princeton Plasma Physics Lab. (PPPL), Princeton, NJ (United States)
• Sponsoring Organization: USDOE; EUROfusion Consortium
• Contributing Organization: W7-X Team
• Grant/Contract Number: 633053
• OSTI ID: 1598166
• Journal Information: Nuclear Fusion, Vol. 59, Issue 11; ISSN 0029-5515
• Publisher: IOP Science
• Country of Publication: United States
• Language: English

Related Subjects

70 PLASMA PHYSICS AND FUSION TECHNOLOGY
stellarator
divertor
ECR heating
NBI heating
plasma performance
turbulence
impurities