A large database of more than 1000 individual cryogenic hydrogen pellets injected into Wendelstein 7-X for plasma fueling was analyzed to improve the understanding of the three phases of the process: the ablation, deposition and transport of the pellet material. Kilohertz-sampled electron density and temperature measurements revealed a more complex drift behavior than predicted by numerical code simulation. It could be explained by the poloidal plasma - drift rotation, which plays a significant role in stellarators, but was not previously considered in pellet injection codes like HPI2. The drift results in a fast poloidal rotation of the pellet material around the plasma core, leading to an almost homogeneous deposition over the involved flux surfaces regardless of magnetic high and low field side injection geometry. Additionally, a novel fast inward directed transport mechanism (‘FIT-effect’) was observed. The effect occurs on timescales of tens of milliseconds and cannot be explained by neoclassical transport or diffusion. It might be linked to the turbulence pinch recently found in Wendelstein 7-X. When the FIT-effect occurs, the pellet particles are rapidly transferred from the deposition flux surfaces to the plasma core, causing the plasma density profile to peak, which is beneficial for confinement in Wendelstein 7-X. The large pellet injection database was statistical analyzed with regard to pellet and plasma parameters, which delivered some starting points towards developing an understanding of the physics behind the FIT-effect. The results indicate, that plasma core fueling via pellet injection is largely independent of the injection geometry in stellarators under certain conditions, reducing the technical complexity of the injection system.
Wendelstein 7-Xにおけるプラズマ燃料供給のために注入された1000個以上の低温水素ペレットからなる大規模データベースを解析し、ペレット材料のアブレーション、堆積、輸送という3つの過程の理解を深めることを目的とした。キロヘルツサンプリングの電子密度および電子温度測定により、数値コードシミュレーションで予測されたよりも複雑なドリフト挙動が明らかになった。これは、ステラレーターにおいて重要な役割を果たすが、HPI2のようなペレット入射コードではこれまで考慮されていなかったポロイダルプラズマドリフトによって説明できる。このドリフトにより、ペレット材料はプラズマコア周囲を高速でポロイダル回転し、磁場の高磁場側・低磁場側入射の幾何学的配置に関係なく、関与する磁気面上にほぼ均一に堆積する。さらに、新規の高速内向き輸送機構（「FIT効果」）が観測された。この効果は数十ミリ秒の時間スケールで発生し、新古典輸送や拡散では説明できない。これは、Wendelstein 7-Xで最近発見された乱流ピンチと関連している可能性がある。FIT効果が発生すると、ペレット材料は堆積磁気面からプラズマコアへ急速に輸送され、プラズマ密度分布がピーク化し、Wendelstein 7-Xにおける閉じ込めに有利に働く。大規模ペレット入射データベースをペレットおよびプラズマパラメータに関して統計解析した結果、FIT効果の背後にある物理の理解に向けたいくつかの出発点が得られた。これらの結果は、特定の条件下ではステラレーターにおけるペレット入射によるプラズマコア燃料供給が入射幾何学的配置にほぼ依存しないことを示しており、入射システムの技術的複雑性を低減するものである。