Wendelstein 7-X (W7-X) is a large, superconducting, optimized stellarator being operated in Greifswald, Germany. One of the original optimization criteria (Grieger et al 1992 Phys. Fluids B: Plasma Physics4 2081) is good fast-ion confinement, mainly at increased plasma beta (Drevlak et al 2014 Nucl. Fusion54 073002). This optimization applies mostly to deeply trapped collisionless fast ions. However, it has been shown in the past (Lazerson et al 2024 Phys. Plasmas31 072506) that the current NBI system at W7-X does not populate these deeply trapped particle orbits in most magnetic configurations. Additionally, the maximum NBI injection energy is limited to in Hydrogen which makes the particles not sufficiently collisionless. On the other hand, generating fast ions with ion-cyclotron-resonance heating (ICRH) does not suffer from such an energy limitation. In principle, the ICRH system can also be more flexible in other regards: By choosing the ICRH frequency appropriately, the resonance can be shifted away from the usual region of high magnetic field strength and placed deliberately into a region of low field strength which favours the generation of deeply trapped fast ions. In this contribution we explore such ICRH schemes for generating deeply trapped fast ions in W7-X using the SCENIC code package (Jucker et al 2011 Comput. Phys. Commun.182 912). It is found that ideal target plasmas for proving the success of the optimization experimentally have a high temperature, the magnetic configuration should have a large magnetic mirror and the antenna frequency should be reduced from its nominal value to place the resonance in the triangular plane. Not all of these requirements are compatible with the systems as currently installed at W7-X and also detecting the fast ions may be an experimental challenge.
Wendelstein 7-X（W7-X）は、ドイツのグライフスヴァルトで運転されている大型の超伝導・最適化ステラレータである。当初の最適化基準の1つ（Grieger et al 1992 Phys. Fluids B: Plasma Physics4 2081）は、主に増大したプラズマベータにおける良好な高速イオン閉じ込めである（Drevlak et al 2014 Nucl. Fusion54 073002）。この最適化は、主に深く捕捉された無衝突高速イオンに適用される。しかしながら、過去に（Lazerson et al 2024 Phys. Plasmas31 072506）示されたように、W7-Xの現在のNBIシステムは、ほとんどの磁気配位においてこれらの深く捕捉された粒子軌道に粒子を供給しない。さらに、最大NBI注入エネルギーは水素中で に制限されており、そのため粒子は十分に無衝突ではない。一方、イオンサイクロトロン共鳴加熱（ICRH）による高速イオンの生成は、このようなエネルギー制限を受けない。原理的には、ICRHシステムは他の点でもより柔軟であり得る：ICRH周波数を適切に選択することにより、共鳴を通常の高磁場強度領域から離して、深く捕捉された高速イオンの生成に有利な低磁場強度領域に意図的に配置することができる。本稿では、SCENICコードパッケージ（Jucker et al 2011 Comput. Phys. Commun.182 912）を用いて、W7-Xにおいて深く捕捉された高速イオンを生成するためのそのようなICRHスキームを探求する。最適化の成功を実験的に証明するための理想的な標的プラズマは、高温であり、磁気配位は大きな磁気ミラーを持つべきであり、アンテナ周波数は公称値から低減して共鳴を三角形平面に配置すべきであることが見出された。これらの要件のすべてがW7-Xに現在設置されているシステムと互換性があるわけではなく、また高速イオンの検出も実験上の課題となり得る。