The electron cyclotron resonance heating (ECRH) system at the Wendelstein 7-X (W7–X) stellarator is equipped with eleven megawatt-class gyrotrons that operate at a frequency of 140 GHz, designed for pulse durations of up to thirty minutes. For long-pulse detached-divertor plasma experiments at W7–X, a stable total ECRH power delivered to the plasma is crucial, because the radiated power at the plasma edge is preferably close to the heating power. Consequently, the unexpected shutdown of only one gyrotron can cause a premature end of the experiment due to radiation collapse of the plasma. This paper introduces a system-level controller that dynamically redistributes power among gyrotrons to maintain total ECRH power, improving reliability and enabling feedback control. The controller maintains a specified total ECRH power output by adjusting the accelerating voltage of all gyrotrons. First implemented in the operational phase (OP) 2.2, the system contributed to two major milestones of W7–X during OP 2.3: highest long-pulse triple product for 43 s and highest energy turnover of 1.8 GJ during 360 s. In addition to reliability improvements, the controller enables the adjustment of the total ECRH power for other control objectives, such as maintaining a desired line-integrated plasma density to counteract the ECRH pump-out effect in high-performance scenarios. This paper also presents the first proof-of-principle experiments demonstrating an ECRH-based density feedback system.
Wendelstein 7-X（W7–X）ステラレータの電子サイクロトロン共鳴加熱（ECRH）システムには、140 GHzの周波数で動作し、最大30分のパルス持続時間向けに設計された11基のメガワット級ジャイロトロンが装備されている。W7–Xにおける長時間パルスの非接触ダイバータプラズマ実験では、プラズマ端部での放射パワーが加熱パワーに近いことが望ましいため、プラズマに供給される安定した総ECRHパワーが極めて重要である。その結果、1基のジャイロトロンの予期しない停止だけでも、プラズマの放射崩壊により実験が早期終了する可能性がある。本論文では、総ECRHパワーを維持するためにジャイロトロン間で動的に電力を再配分し、信頼性を向上させ、フィードバック制御を可能にするシステムレベルのコントローラを紹介する。このコントローラは、全ジャイロトロンの加速電圧を調整することにより、指定された総ECRHパワー出力を維持する。運転フェーズ（OP）2.2で初めて実装され、このシステムはOP 2.3中のW7–Xの2つの主要なマイルストーンに貢献した：43秒間の最高の長時間パルス三重積と、360秒間の1.8 GJの最高エネルギー転換である。信頼性の向上に加えて、このコントローラは、高性能シナリオにおけるECRHポンプアウト効果に対抗するために所望の線積分プラズマ密度を維持するなど、他の制御目的のために総ECRHパワーを調整することを可能にする。本論文はまた、ECRHに基づく密度フィードバックシステムを実証する最初の原理実証実験も提示する。