The Large Helical Device (LHD) and Wendelstein 7-X (W7-X, under construction) are experiments specially designed to demonstrate long-pulse (quasi steady state) operation, which is an intrinsic property of stellarators and heliotrons. Significant progress has been made in establishing high performance plasmas. A crucial point is the increasing impurity confinement at high density observed at several machines (TJ-II, W7-AS, LHD) which can lead to impurity accumulation and early pulse termination by radiation collapse. In addition, theoretical predictions for non-axisymmetric configurations predict the absence of impurity screening by ion temperature gradients in standard ion-root plasmas. Nevertheless, scenarios were found where impurity accumulation was successfully avoided in LHD and W7-AS due to the onset of friction forces in the (high density and low temperature) scrape-off-layer (SOL), the generation of magnetic islands at the plasma boundary and to a certain degree also by edge localized modes, flushing out impurities and reducing the net impurity influx into the core. In both the W7-AS high density H-mode regime and in the case of application of sufficient electron cyclotron radiation heating power a reduction in impurity core confinement was observed. The exploration of such purification mechanisms is a demanding task for successful steady-state operation. Impurity transport at the plasma edge/SOL was identified to play a major role for the global impurity behaviour in addition to the core confinement.
大型ヘリカル装置(LHD)およびヴェンデルシュタイン7-X(W7-X、建設中)は、ステラレーターおよびヘリオトロンの固有の特性である長時間パルス(準定常)運転を実証するために特別に設計された実験装置である。高品質プラズマの確立においては、大きな進展が見られている。重要な問題は、複数の装置(TJ-II、W7-AS、LHD)で観測された高密度時における不純物閉じ込めの増大であり、これは不純物の蓄積と放射損失による早期パルス終了を引き起こす可能性がある。さらに、非軸対称配位に関する理論的予測では、標準的なイオンルートプラズマにおいてイオン温度勾配による不純物スクリーニングが存在しないことが示されている。しかしながら、LHDおよびW7-ASにおいては、(高密度・低温の)スクレイプオフ層(SOL)における摩擦力の発生、プラズマ境界での磁気島の生成、さらには周辺局在モード(ELM)による不純物の排出とコアへの不純物流入の低減により、不純物蓄積を回避することに成功したシナリオが見出された。W7-ASの高密度Hモード領域および十分な電子サイクロトロン共鳴加熱(ECRH)出力を適用した場合の両方において、コアでの不純物閉じ込めの低減が観測された。定常運転の成功には、このような不純物浄化機構の解明が重要な課題である。プラズマ周辺部/SOLにおける不純物輸送は、コアでの閉じ込めに加えて、全体の不純物挙動に主要な役割を果たすことが明らかにされた。