Understanding and quantifying particle and energy transport at the plasma edge region is crucial for magnetic confinement fusion. For this purpose, a new polychromator system with 1 µs time resolution was installed for the thermal helium beam diagnostic in the island divertor of the stellarator Wendelstein 7-X (W7-X). The time resolution is four orders of magnitude faster than the spectrometer-based system. This allows for the first time access to turbulence-relevant time scales, enabling the investigation of plasma edge dynamics such as modes and instabilities. Their connection to averaged plasma profiles is likewise accessible with this diagnostic. Furthermore, the diagnostic system measures in two magnetically connected divertors, which enables the study of long-range correlation of fluctuations. Utilising a collisional-radiative model, the diagnostic can reconstruct fast electron density and temperature variations with an effective resolution of 10 kHz, associated with plasma modes and bursts. Additionally, it provides high temporal resolution measurements of the detachment process in the divertor. Since it simultaneously measures at an upper and lower divertor, it is the first edge diagnostic at W7-X capable of measuring the up–down asymmetry of turbulence. This article presents the design and implementation of the diagnostic as well as an analysis of the signal quality. It also looks at the influence of diagnostic gas puffs on the plasma in detail. To present the potential of the diagnostic, this work briefly shows a long-range correlation analysis of an edge mode between two divertors that are magnetically connected as well as the electron temperature and density calculation for this mode. Furthermore, a detachment process measured with high time resolution is presented.
プラズマ周辺領域における粒子およびエネルギー輸送の理解と定量化は、磁場閉じ込め核融合にとって極めて重要である。この目的のため、ステラレータWendelstein 7-X（W7-X）のアイランドダイバータにおける熱ヘリウムビーム診断用に、1 µsの時間分解能を有する新しいポリクロメーターシステムが設置された。この時間分解能は、分光器ベースのシステムよりも4桁高速である。これにより、初めて乱流に関連する時間スケールへのアクセスが可能となり、モードや不安定性などのプラズマ周辺ダイナミクスの調査が可能になる。それらと平均化されたプラズマ分布との関連も、この診断装置によって同様に調べることができる。さらに、この診断システムは磁気的に接続された2つのダイバータで測定を行い、それにより揺らぎの長距離相関の研究が可能になる。衝突放射モデルを利用することで、この診断装置は、プラズマモードやバーストに関連する高速の電子密度および温度変動を、10 kHzの実効分解能で再構成できる。さらに、ダイバータにおけるディタッチメント過程の高時間分解能測定を提供する。上部と下部のダイバータで同時に測定するため、W7-Xにおいて乱流の上下非対称性を測定できる最初の周辺診断装置である。本論文は、この診断装置の設計と実装、および信号品質の解析を示す。また、診断用ガスパフがプラズマに与える影響についても詳細に考察する。この診断装置の可能性を示すため、本稿では、磁気的に接続された2つのダイバータ間における周辺モードの長距離相関解析と、このモードに対する電子温度および密度計算を簡単に示す。さらに、高時間分解能で測定されたディタッチメント過程が提示される。