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Georg Schlisio

• This work presents the first experimental investigation of the gas balance on the optimized modular stellarator Wendelstein 7-X (W7-X). A balance of all injected and removed particles and a measurement of internal particle reservoirs allows inference of the bound particle reservoir in the wall, which is of interest due to its effects on plasma density control and fuel retention. Different scenarios of the gas balance are presented with data from the operation campaign 1.2 with an inertially cooled graphite divertor. Both net outgassing and net retention scenarios are presented and W7-X is found to operate stable in a wide range of scenarios with varying wall conditions. Since fusion experiments are conducted in ultra-high vacuum, suitable gauges are required for total and partial pressure measurement. The challenges and opportunities of the operation of pressure gauges in the steady magnetic field extending beyond plasma pulses are discussed. The performance of newly improved neutral pressure gauges, based on crystal cathode emitters is quantified. These provide improved operational robustness since they can be operated for long periods of time in strong magnetic fields. A crystal cathode setup and and its operation performance is presented along with a fast calibration scheme. Partial pressure measurements provide additional important information complementing the total neutral pressure measurements, and allowing additional physics insights. As part of this thesis work, a new diagnostic of this kind was implemented on W7-X, the so-called diagnostic residual gas analyzer (DRGA). It provides a wealth of information on various neutral gas species, with a relatively high time resolution - of order a few seconds. The diagnostic setup and its first results are presented in this thesis.
• Diese Arbeit stellt die erste experimentelle Untersuchung der Gasbilanz für den optimierten modularen Stellarator Wendelstein 7-X (W7X) vor. Eine Bilanz aller injizierten und entfernten Partikel und eine Messung der internen Partikelreservoirs erlaubt die Rückschlüsse auf das in der Wand gebundene Partikelreservoir, was wegen seiner Auswirkungen auf die Plasmadichtekontrolle und die Brennstoffrückhaltung von Interesse ist. Verschiedene Szenarien der Gasbilanz werden mit Daten aus der Betriebskampagne 1.2 mit einem inertialgekühlten Graphitdivertor vorgestellt. Es werden sowohl Netto-Ausgasungs- als auch Netto-Rückhalteszenarien vorgestellt, und es wird festgestellt, dass W7-X in einem breiten Spektrum von Szenarien mit unterschiedlichen Wandbedingungen stabil arbeitet. Da Fusionsexperimente im Ultrahochvakuum durchgeführt werden, sind geeignete Messgeräte zur Messung des Gesamt- und Partialdrucks erforderlich. Die Herausforderungen und Möglichkeiten des Betriebs von Druckmessgeräten im stationären Magnetfeld über die Plasmapulse hinaus werden diskutiert. Die Leistung neu verbesserter Neutraldruckmessgeräte, die auf Kristallkathoden-Emittern basieren, wird quantifiziert. Diese bieten einen robusteren Betrieb, da sie über lange Zeiträume in starken Magnetfeldern betrieben werden können. Ein Kristallkathodenaufbau und seine Betriebsleistung wird zusammen mit einem schnellen Kalibrierungsschema vorgestellt. Partialdruckmessungen liefern zusätzliche wichtige Informationen, die die Messungen des Totaldrucks ergänzen und zusätzliche physikalische Erkenntnisse ermöglichen. Im Rahmen dieser Doktorarbeit wurde eine neue Diagnostik dieser Art auf W7-X implementiert, der sogenannte diagnostischen Restgasanalysator (DRGA). Sie liefert eine Fülle von Informationen über verschiedene neutrale Gasspezies mit einer relativ hohen Zeitauflösung - in der Größenordnung von wenigen Sekunden. Der Diagnostikaufbau und seine ersten Ergebnisse werden in dieser Arbeit vorgestellt.