First demonstration of radiative power exhaust with impurity seeding in the island divertor at Wendelstein 7-X - Archive ouverte HAL Accéder directement au contenu
Article Dans Une Revue Nuclear Fusion Année : 2019

First demonstration of radiative power exhaust with impurity seeding in the island divertor at Wendelstein 7-X

Première démonstration d'extraction de puissance radiative avec ensemencement d'impuretés dans le divertor en îlot de Wendelstein 7-X

H. Frerichs

Résumé

Radiative power exhaust by impurity seeding was demonstrated for the first time in island divertor configurations at the stellarator Wendelstein 7-X. Feasibility of stable plasma operation was shown during seeding with both neon (Ne) and nitrogen (N2). High radiative power losses (80%) were found to reduce the divertor heat loads globally by 2/3 with both seeding gases injected at a single toroidal location into one of five magnetic islands. Heat flux detachment was achieved for the price of a loss of 15 % in the stored energy. Ne seeding allows for sustained enhancement of edge radiation with a very slow decay of line emission of several tens of seconds after the end of the injection indicating a high recycling of this noble gas at the carbon main plasma facing components. In N2 seeded discharges it is shown that a response of line emission and plasma parameters is in correlation to the puff duration which indicates a higher level of absorption of this seeding gas in the wall. Continuous N2 seeding results in global cooling of the scrape-off layer (SOL) and decay of radiation over several seconds after the injection. Damping of counter-streaming SOL flows, and divertor particle fluxes induced by Ne and N2 seeding have been measured and provide evidence for a reduction of the convective part of the divertor heat fluxes. Losses in density in response to seeding can be compensated by feedback controlled divertor fueling. The controlled reduction of heat fluxes within this complex 3D edge island geometry is a very promising finding concerning detachment control in a future all-metal divertor.
L'échappement de puissance radiative par ensemencement d'impuretés a été démontré pour la première fois dans des configurations de divertor en îlot au stellarator Wendelstein 7-X. La faisabilité d'un fonctionnement plasma stable a été démontrée lors de l'ensemencement avec du néon (Ne) et de l'azote (N2). Il a été constaté que des pertes de puissance radiative élevées (80%) réduisaient globalement les charges thermiques du divertor de 2/3 avec les deux gaz d'ensemencement injectés à un seul emplacement toroïdal dans l'un des cinq îlots magnétiques. Le détachement du flux de chaleur a été obtenu au prix d'une perte de 15 % dans l'énergie stockée. L'ensemencement de Ne permet une amélioration soutenue du rayonnement de bord avec une décroissance très lente de l'émission de la raie de plusieurs dizaines de secondes après la fin de l'injection indiquant un recyclage élevé de ce gaz noble au niveau des principaux composants face au plasma de carbone. Dans les décharges ensemencées N2, il est montré qu'une réponse des paramètres d'émission de raie et de plasma est en corrélation avec la durée de la bouffée qui indique un niveau plus élevé d'absorption de ce gaz d'ensemencement dans la paroi. L'ensemencement continu de N2 entraîne un refroidissement global de la couche de grattage (SOL) et une décroissance du rayonnement pendant plusieurs secondes après l'injection. L'amortissement des flux de SOL à contre-courant et les flux de particules du divertor induits par l'ensemencement de Ne et de N2 ont été mesurés et fournissent des preuves d'une réduction de la partie convective des flux de chaleur du divertor. Les pertes de densité en réponse à l'ensemencement peuvent être compensées par une alimentation en carburant du divertor contrôlée par rétroaction. La réduction contrôlée des flux de chaleur au sein de cette géométrie complexe d'îlots de bord 3D est une découverte très prometteuse concernant le contrôle du décollement dans un futur divertor entièrement métallique.
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hal-03740994 , version 1 (31-07-2022)

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Citer

Florian Effenberg, S. Brezinsek, Y. Feng, R. König, M. Krychowiak, et al.. First demonstration of radiative power exhaust with impurity seeding in the island divertor at Wendelstein 7-X. Nuclear Fusion, 2019, 59 (10), pp.106020. ⟨10.1088/1741-4326/ab32c4⟩. ⟨hal-03740994⟩
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