Steep density gradients generally lead to improved plasma performance in the neoclassically optimized stellarator W7-X. This is evident in the global energy confinement time as well as in the ion temperature and can be explained by a strong reduction of the ion temperature gradient turbulence. Such conditions can experimentally be realized by several methods: injection of cryogenic hydrogen pellets, appropriate combination of neutral beam and electron cyclotron resonance heating (ECRH) and, in some cases, with low power of ECRH after preconditioning of the first wall. The duration of the improved phases is determined by the ability to sustain the steep density gradient, by technical limitations of the involved systems and, eventually, by the plasma stability. This paper gives an overview of relevant experimental results and presents example discharges where the improved confinement conditions could be extended to multiple seconds: up to 4 s using neutral beam injection and from 14 to 40 s with steady state pellet injection. In these plasmas the turbulent thermal diffusivity is reduced by a factor of 3 to 4 in a broad radial range, which allows high ion temperatures of up to 3 keV at the densities of about m−3.
急峻な密度勾配は、新古典的に最適化されたステラレータW7-Xにおいて、一般的にプラズマ性能の向上をもたらす。これは、全球エネルギー閉じ込め時間およびイオン温度において明らかであり、イオン温度勾配乱流の大幅な低減によって説明できる。そのような条件は、実験的にはいくつかの方法で実現できる：極低温水素ペレットの注入、中性粒子ビームと電子サイクロトロン共鳴加熱（ECRH）の適切な組み合わせ、そして場合によっては、第一壁の前処理後の低パワーECRHである。改善された位相の持続時間は、急峻な密度勾配を維持できるかどうか、関与するシステムの技術的限界、そして最終的にはプラズマの安定性によって決まる。本論文は、関連する実験結果の概要を示し、改善された閉じ込め条件を複数秒にわたって延長できた例の放電を提示する：中性粒子ビーム注入を用いて最大4秒、定常状態ペレット注入で14秒から40秒。これらのプラズマでは、乱流熱拡散率が広い半径範囲で3〜4倍に低減され、約 m⁻³ の密度で最大3 keVの高いイオン温度が可能になる。