The dependence of the energy confinement and energy transport on the isotope mass is a long-standing open question in the stellarator community. With the recent upgrade of the Large Helical Device to allow for deuterium plasma operation, systematic isotope experiments could be carried out for the first time in a major non-axisymmetric device.Within this framework, electron-cyclotron-resonance heated (ECRH) hydrogen and deuterium plasmas were investigated varying both density and heating power to establish a broad data set. Even at low power the central ECRH heating is sufficient to lead to stellarator-specific core-electron-root-confinement which features a peaked electron temperature profile and a positive radial electric field. For this data set, the energy confinement time and energy transport is investigated in detail and compared to the neoclassical theory.Over the whole data set, the energy confinement time of deuterium is statistically 10%–20% larger than in hydrogen indicating that the 'isotope effect' also exists in non-axisymmetric devices. Both the electron and ion temperature are elevated in deuterium compared to hydrogen at the same effective absorbed power and density. From a neoclassical point-of-view, the electron-root and the positive electric field extend over nearly the entire plasma radius. Good agreement is found between the measured and theoretical neoclassical ambipolar electric field. The neoclassical energy-flux can account for up to half the experimental flux implying that turbulence is responsible for a significant fraction of the entire energy-flux.
エネルギー閉じ込めおよびエネルギー輸送の同位体質量依存性は、ステラレーターコミュニティにおける長年の未解決問題である。最近の大型ヘリカル装置の重水素プラズマ運転を可能にするアップグレードにより、主要な非軸対称装置において初めて系統的な同位体実験を実施することができた。この枠組みの中で、電子サイクロトロン共鳴加熱（ECRH）による水素および重水素プラズマを、密度と加熱パワーの両方を変化させて調査し、広範なデータセットを構築した。低パワーであっても、中心ECRH加熱は、ピークを持つ電子温度分布と正の径方向電場を特徴とするステラレーター特有のコア電子ルート閉じ込めを引き起こすのに十分である。このデータセットについて、エネルギー閉じ込め時間とエネルギー輸送を詳細に調べ、新古典理論と比較した。データセット全体を通して、重水素のエネルギー閉じ込め時間は水素よりも統計的に10%–20%大きく、非軸対称装置においても「同位体効果」が存在することを示している。同じ実効吸収パワーと密度において、電子温度とイオン温度の両方が水素と比較して重水素で高い。新古典論の観点からは、電子ルートと正の電場はプラズマ半径のほぼ全体に広がる。測定された新古典論的両極性電場と理論値の間には良い一致が見られる。新古典論的エネルギー束は実験で得られた束の最大半分を説明でき、乱流が全エネルギー束のかなりの部分を担っていることを示唆している。