The island divertor concept is an innovative and promising idea to handle heat and particle exhaust in stellarators. At the Wendelstein 7-X (W7-X) stellarator, this divertor concept plays a central role in the device mission to demonstrate reactor relevant plasma confinement for steady-state time scales of up to 30 minutes in the high-performance campaign (OP2) starting in 2022. During the recently concluded first campaign with the inertially cooled island divertor, a large step in the experimental qualification of this divertor concept has been made. In discharges heated with electron cylotron resonance heating of 5−6 MW, central densities in the range of 0.7−1.2 × 1020 m−3 have been reached in combination with full divertor heat flux detachment. Also, significant neutral gas pressures and neutral compression ratios were shown for the first time in combination with reduced divertor particle flux. The divertor heat loads drop by an order of magnitude from >5 MW m−2 to below 0.5 MW m−2 with increasing density, and substantial compression of neutrals reaching neutral pressure in the sub-divertor volume of >6.0 × 10−4 mbar was seen. These elevated neutral pressure levels can be obtained and maintained with an up to 80% reduction of the particle fluxes onto the divertor target tiles. This discharge scenario was held stably detached for up to 28 seconds, which is equivalent to several hundred energy confinement times τE and longer than the time scales for current relaxation. No impurity accumulation was seen at constant Zeff ≈ 1.5 and the stored energy stayed constant at levels of Wdia > 600 kJ. The level of neutral pressure and compression reached in this scenario extrapolates well to the steady-state particle exhaust requirements for high-performance steady-state operation in OP2, in which the fully actively cooled high-heat-flux divertor will be available. An overview of this recently discovered divertor regime is given and the status ofthe physics understanding based on modeling of these regimes with the EMC3-EIRENE code is presented.
アイランドダイバータ概念は、ステラレーターにおける熱と粒子の排気を処理するための革新的で有望なアイデアである。ヴェンデルシュタイン7-X (W7-X) ステラレーターでは、このダイバータ概念は、2022年に開始される高性能キャンペーン (OP2) において最大30分間の定常状態の時間スケールにわたって炉心関連のプラズマ閉じ込めを実証するという装置の使命において中心的な役割を果たす。最近終了した慣性冷却アイランドダイバータを用いた最初のキャンペーン中に、このダイバータ概念の実験的検証において大きな進展が達成された。5−6 MWの電子サイクロトロン共鳴加熱で加熱された放電において、0.7−1.2 × 10^20 m^-3の範囲の中心密度が、完全なダイバータ熱流束デタッチメントと組み合わせて達成された。また、低減されたダイバータ粒子束と組み合わせて、有意な中性ガス圧力と中性粒子圧縮比が初めて示された。ダイバータ熱負荷は、密度の増加に伴い、>5 MW m^-2 から 0.5 MW m^-2 未満へと一桁低下し、サブダイバータ容積内で >6.0 × 10^-4 mbar の中性粒子圧力に達する顕著な中性粒子の圧縮が観測された。これらの上昇した中性粒子圧力レベルは、ダイバータ標的タイルへの粒子束を最大80%低減した状態で取得・維持できる。この放電シナリオは、最大28秒間、安定にデタッチした状態に維持された。これは、数百のエネルギー閉じ込め時間τEに相当し、電流緩和の時間スケールよりも長い。Zeff ≈ 1.5 の一定値で不純物蓄積は見られず、蓄積エネルギーは Wdia > 600 kJ のレベルで一定に保たれた。このシナリオで達成された中性粒子圧力と圧縮のレベルは、完全に能動冷却された高熱流束ダイバータが利用可能となるOP2における高性能定常運転のための定常状態の粒子排気要件に良好に外挿される。この最近発見されたダイバータ領域の概要を示し、EMC3-EIRENEコードを用いたこれらの領域のモデリングに基づく物理的理解の現状を提示する。