This paper reports x-ray crystal spectroscopy (XCS) on highly charged ions of tungsten impurity within the Large Helical Device (LHD) under plasma conditions with a central electron temperature around 4 keV. By combining measured spectra with Flexible Atomic Code (FAC) calculations and a collisional radiative model weighted by ADAS ionization and recombination rates, emission lines from W43+ to W47+ charge states were systematically identified in the 3.7–4.0 Å band. The dataset was constructed by integrating 10 discharges to cover the entire wavelength range, using tungsten introduced reproducibly via coaxial W pellet injection. Notably, the W47+ line at 3.7691 Å extends the highest charge state observed to date in the LHD. Leveraging the high dispersion characteristics of XCS, three diagnostics directly relevant to ITER-class edge/pedestal plasmas with Te of several keV were demonstrated: (i) simultaneous measurement of multiple charge states via EUV-x-ray co-observation. This enables monitoring the evolution of tungsten charge state distribution in response to electron temperature variations, supporting impurity transport studies and operational monitoring. (ii) Ion temperature estimation from the Doppler width of the W46+ 3.8784 Å line showing a core peak, including error propagation via determination of instrument functions and cross-comparison with the charge exchange recombination spectroscopy. (iii) An electron temperature indicator based on the W46+ 3.8784/3.8956 Å intensity ratio. This exhibits strong sensitivity to Te, and FAC calculations reproduced the observed Te dependence of the line intensity ratio in the Te range of 3–5 keV.
本論文は、中心電子温度が約4 keVのプラズマ条件下で、大型ヘリカル装置（LHD）内のタングステン不純物の高荷電イオンに対するX線結晶分光法（XCS）を報告する。測定スペクトルを、Flexible Atomic Code（FAC）計算と、ADASの電離および再結合率で重み付けされた衝突放射モデルと組み合わせることにより、W43+からW47+までの電荷状態からの発光線が3.7–4.0 Å帯域で系統的に同定された。データセットは、同軸Wペレット入射により再現性よく導入されたタングステンを用いて、全波長範囲を網羅するために10回の放電を積算して構築された。注目すべきことに、3.7691 ÅのW47+線は、LHDでこれまでに観測された最高電荷状態を拡張する。XCSの高分散特性を活用して、Teが数keVのITERクラスの周辺/ペデスタルプラズマに直接関連する3つの診断法が実証された：(i) EUV-X線同時観測による複数電荷状態の同時測定。これにより、電子温度変動に応じたタングステン電荷状態分布の時間発展を監視することが可能となり、不純物輸送研究および運転監視を支援する。(ii) 中心ピークを示すW46+ 3.8784 Å線のドップラー幅からのイオン温度推定。これには、装置関数の決定による誤差伝播と、荷電交換再結合分光法との相互比較が含まれる。(iii) W46+ 3.8784/3.8956 Å強度比に基づく電子温度指標。これはTeに対して強い感度を示し、FAC計算は3–5 keVのTe範囲における発光線強度比の観測されたTe依存性を再現した。