In Greifswald/Germany W7-X, a new stellarator-type fusion plasma experiment, is currently being built. For the investigation of the divertor plasma two thermal helium beams are foreseen. This diagnostic is routinely used on several fusion plasma experiments and is capable of measuring radial profiles of electron density and temperature with good spatial and temporal resolution in the range of typical edge plasma parameters ne = 1018–1019 m−3 and Te = 20–200 eV. The penetration depth of the beam is limited by electron collisional ionization of the helium atoms and amounts to 3–8 cm in this parameter range. In this paper we investigate the beam propagation for detached plasma conditions in the W7-X divertor region (based on a background plasma simulated with a 3D plasma and neutral transport code EMC3/EIRENE), in which the electron density in the divertor may well exceed 1020 m−3, as observed in the predecessor experiment W7-AS. In this regime the beam penetration drops to 1–2 cm. Through a Bayesian approach, we include uncertainties of all rate coefficients for electronic excitation and ionization used in the collisional–radiative model of atomic helium based on a steady-state approximation valid for a relaxed thermal or supersonic beam. Bayesian inversion of simulated signals for W7-X conditions provides a reliable quantitative estimation of the propagation of uncertainties of the atomic data to the ne and Te errors as well as input for potential improvements of the diagnostic setup. For example, the temperature error at Te = 5 eV and ne = 1020 m−3 can be reduced from approximately 50% to 9% by absolute calibration of the observation system and fitting of three absolute line intensities instead of two line intensity ratios to the model.
グライフスヴァルト/ドイツのW7-Xでは、新型ステラレータ型核融合実験装置が現在建設中である。ダイバータプラズマの調査のために、2つの熱ヘリウムビームが計画されている。この診断法は複数の核融合実験装置で日常的に使用されており、典型的な周辺プラズマパラメータne = 10^18–10^19 m^−3およびTe = 20–200 eVの範囲において、電子密度と電子温度の動径プロファイルを高い空間・時間分解能で測定することが可能である。ビームの侵入深さはヘリウム原子の電子衝突電離によって制限され、このパラメータ範囲では3–8 cmとなる。本論文では、W7-Xダイバータ領域における非接触プラズマ条件下でのビーム伝播を調査する（背景プラズマは3次元プラズマ・中性粒子輸送コードEMC3/EIRENEでシミュレーションしたものに基づく）。この条件下では、ダイバータ内の電子密度が10^20 m^−3を超える可能性があり、これは先行実験装置W7-ASで観測されたとおりである。この領域ではビームの侵入深さは1–2 cmに低下する。ベイズ的アプローチを通じて、緩和した熱ビームまたは超音速ビームに対して有効な定常状態近似に基づく原子ヘリウムの衝突・放射モデルにおいて、すべての励起および電離の速度係数の不確実性を考慮する。W7-X条件に対するシミュレーション信号のベイズ逆問題解法により、原子データの不確実性がneおよびTeの誤差に伝播する影響の定量的評価が可能となり、さらに診断装置構成の改善への指針も得られる。例えば、Te = 5 eVおよびne = 10^20 m^−3における温度誤差は、観測システムの絶対較正と2つの輝線強度比の代わりに3つの絶対輝線強度をモデルにフィッティングすることにより、約50%から9%に低減できる。