In Wendelstein 7-X (W7-X), stable plasma detachment in ECRH hydrogen plasmas is routinely achieved with the standard magnetic configuration, containing five magnetic islands in the scrape-off layer (SOL). Plasma detachment induced by intrinsic carbon impurities is characterized by a high radiation fraction (frad) with significantly reduced divertor heat load and particle flux. In this work, we present the radiation dynamics during the detached plasma (DP) phase, such as the shift of radiation zones in radial and poloidal directions towards the X-points as frad increases (∼0.6–0.9), as well as the penetration of the radiation layer into the confinement region in the deep DP phase with frad approaching unity. In particular, a structure of multi-X-point radiation (multi-XPR) with an up/down asymmetry in the DP phase is highlighted, which is revealed by bolometer tomography and is further confirmed by video diagnostics. The multi-XPR structure forms helical 3D bands aligned with W7-X field periodicity. Field reversal experiments show that the brightest XPR displaces between the upper and lower SOL regions, suggesting the E× B drift effects. This paper presents the multi-XPR structure observed in the W7-X plasma in detail for the first time. A simplified model considering the influence of the poloidal E× B drift (Vd) on the impurity flow in the SOL shows that the downstream drift toward the target or target shadow region (Vd < 0) decreases the impurity content, while the upstream drift toward the LCFS (Vd > 0) increases the impurity content. On this basis, the poloidal drift potentially leads to an up/down asymmetry of impurity density in the SOL despite the symmetry magnetic topology. The dynamics of the up/down asymmetry in the multi-XPR structure is also related to the magnitude Vd/D (normalized to the impurity diffusivity), with an additional effect owing to the radial inward shift of the emission zone. These results provide new insights into impurity-induced detachment dynamics and provide a basis for improving 3D modeling of impurity transport, which typically does not consider drifts.
Wendelstein 7-X（W7-X）では、ECRH水素プラズマにおける安定したプラズマ脱離が、スクレイプオフ層（SOL）内に5つの磁気島を含む標準磁気配位で日常的に達成されている。固有炭素不純物によって誘起されるプラズマ脱離は、高い放射割合（frad）と、ダイバータ熱負荷および粒子束の大幅な低減を特徴とする。本研究では、脱離プラズマ（DP）位相における放射ダイナミクス、例えば、fradの増加（∼0.6–0.9）に伴う放射領域の動径方向およびポロイダル方向のX点への移動、ならびにfradが1に近づく深いDP位相における閉じ込め領域への放射層の浸透を提示する。特に、ボロメータトモグラフィーによって明らかにされ、ビデオ診断によってさらに確認された、DP位相における上下非対称性を伴う多X点放射（multi-XPR）構造に注目する。multi-XPR構造は、W7-Xの磁場周期構造に沿ったらせん状の3次元バンドを形成する。磁場反転実験は、最も明るいXPRが上部と下部のSOL領域の間で移動することを示し、E×Bドリフト効果を示唆している。本論文は、W7-Xプラズマで観測されたmulti-XPR構造を初めて詳細に示すものである。SOL内の不純物流に対するポロイダルE×Bドリフト（Vd）の影響を考慮した簡略化モデルは、ターゲットまたはターゲット影領域に向かう下流方向のドリフト（Vd < 0）が不純物含有量を減少させ、LCFSに向かう上流方向のドリフト（Vd > 0）が不純物含有量を増加させることを示す。これに基づき、ポロイダルドリフトは、磁気トポロジーの対称性にもかかわらず、SOL内の不純物密度の上下非対称性を引き起こす可能性がある。multi-XPR構造における上下非対称性のダイナミクスは、大きさVd/D（不純物拡散係数で規格化）にも関連しており、放射領域の動径方向内方シフトによる追加の効果も伴う。これらの結果は、不純物誘起脱離ダイナミクスへの新しい洞察を提供し、典型的にはドリフトを考慮しない不純物輸送の3次元モデリングを改善するための基礎を提供する。