The pressure at the top of the edge transport barrier (or “pedestal height”) strongly impacts tokamak fusion performance. Predicting the pedestal height in future devices such as ITER [ITER Physics Basis Editors, Nucl. Fusion39, 2137 (1999)] remains an important challenge. While uncertainties remain, magnetohydrodynamic stability calculations at intermediate wavelength (the “peeling-ballooning” model), accounting for diamagnetic stabilization, have been largely successful in determining the observed maximum pedestal height, when the edge barrier width is taken as an input. Here, we develop a second relation between the pedestal width in normalized poloidal flux (Δ) and pedestal height (Δ=0.076βθ,ped1/2), using an argument based upon kinetic ballooning mode turbulence and observation. Combining this relation with direct calculations of peeling-ballooning stability yields two constraints, which together determine both the height and width of the pedestal. The resulting model, EPED1, allows quantitative prediction of the pedestal height and width in both existing and future experiments. EPED1 is successfully tested both against a dedicated experiment on the DIII-D [J. L. Luxon, Nucl. Fusion42, 614 (2002)] tokamak, in which predictions were made before the experiment, and against a broader DIII-D data set, including ITER demonstration discharges. EPED1 is found to quantitatively capture the observed complex dependencies of the pedestal height and width. An initial set of pedestal predictions for the ITER device is presented.

1.
J. W.
Connor
,
R. J.
Hastie
,
H. R.
Wilson
, and
R. L.
Miller
,
Phys. Plasmas
5
,
2687
(
1998
).
2.
H. R.
Wilson
,
P. B.
Snyder
, and
G. T. A.
Huysmans
,
Phys. Plasmas
9
,
1277
(
2002
).
3.
P. B.
Snyder
,
H. R.
Wilson
,
J. R.
Ferron
,
L. L.
Lao
,
A. W.
Leonard
,
T. H.
Osborne
,
A. D.
Turnbull
,
D.
Mossessian
,
M.
Murakami
, and
X. Q.
Xu
,
Phys. Plasmas
9
,
2037
(
2002
).
4.
A. B.
Mikhailovskii
,
G. T. A.
Huysmans
,
W. O. K.
Kerner
, and
S. E.
Sharapov
,
Plasma Phys. Rep.
23
,
844
(
1997
).
5.
G. T. A.
Huysmans
,
Plasma Phys. Controlled Fusion
47
,
B165
(
2005
).
6.
S.
Tokuda
and
T.
Watanabe
,
Phys. Plasmas
6
,
3012
(
1999
);
N.
Aiba
,
S.
Tokuda
,
T.
Ishizawa
, and
M.
Okamoto
,
Comput. Phys. Commun.
175
,
269
(
2006
).
7.
N.
Aiba
,
S.
Tokuda
,
T.
Fujita
,
T.
Ozeki
,
M. S.
Chu
,
P. B.
Snyder
, and
H. R.
Wilson
,
J. Plasma Fusion Res.
2
,
010
(
2007
).
8.
S. Yu.
Medvedev
,
A. A.
Martynov
,
Y. R.
Martin
,
O.
Sauter
, and
L.
Villard
,
Plasma Phys. Controlled Fusion
48
,
927
(
2006
).
9.
C.
Konz
,
P. B.
Snyder
,
N.
Aiba
,
L. D.
Horton
,
C. F.
Magii
,
S.
Guenter
, and
P. J.
McCarthy
, the
ASDEX Upgrade Team
, and the
DIII-D Team
,
35th EPS Conference on Plasma Physics, Hersonissos, Crete, Greece
, 9–13 June 2008, ECA, Crete, Greece (
EPS
,
Hersonissos, Crete, Greece
,
2008
), Vol. 32D, P-2.071 (2008).
10.
A. D.
Turnbull
,
L. L.
Lao
,
T. H.
Osborne
,
O.
Sauter
,
E. J.
Strait
,
T. S.
Taylor
,
M. S.
Chu
,
J. R.
Ferron
,
C. M.
Greenfield
,
A. W.
Leonard
,
R. L.
Miller
,
P. B.
Snyder
,
H. R.
Wilson
, and
H.
Zohm
,
Plasma Phys. Controlled Fusion
45
,
1845
(
2003
).
11.
H. R.
Wilson
,
S. C.
Cowley
,
A.
Kirk
, and
P. B.
Snyder
,
Plasma Phys. Controlled Fusion
48
,
A71
(
2006
).
12.
P. B.
Snyder
,
N.
Aiba
,
M.
Beurskens
,
R. J.
Groebner
,
L. D.
Horton
,
A. E.
Hubbard
,
J. W.
Hughes
,
G. T. A.
Huysmans
,
Y.
Kamada
,
A.
Kirk
,
C.
Konz
,
A. W.
Leonard
,
J.
Lönnroth
,
C. F.
Magii
,
R.
Maingi
,
T. H.
Osborne
,
N.
Oyama
,
A.
Pankin
,
S.
Saarelma
,
G.
Saibene
,
J. L.
Terry
,
H.
Urano
, and
H. R.
Wilson
,
Proceedings of the 22nd International Conference
, Geneva, Switzerland,
2008
, Paper No. IT/P6-14 [“
Pedestal stability comparison and ITER pedestal prediction
,”
Nucl. Fusion
(submitted)].
13.
P. B.
Snyder
,
K. H.
Burrell
,
H. R.
Wilson
,
M. S.
Chu
,
M. E.
Fenstermacher
,
A. W.
Leonard
,
R. A.
Moyer
,
T. H.
Osborne
,
M.
Umansky
,
W. P.
West
, and
X. Q.
Xu
,
Nucl. Fusion
47
,
961
(
2007
).
14.
S.
Saarelma
,
T. C.
Hender
,
A.
Kirk
,
H.
Meyer
,
H. R.
Wilson
, and the
MAST Team
,
Plasma Phys. Controlled Fusion
49
,
31
(
2007
).
15.
G. T. A.
Huysmans
and
O.
Czarny
,
Nucl. Fusion
47
,
659
(
2007
).
16.
M. N. A.
Beurskens
,
G.
Arnoux
,
A. S.
Brezinsek
,
C. D.
Challis
,
P. C.
de Vries
,
C.
Giroud
,
A.
Huber
,
S.
Jachmich
,
K.
McCormick
,
R. A.
Pitts
,
F. G.
Rimini
,
A.
Alfier
,
E.
de la Luna
,
W.
Fundamenski
,
S.
Gerasimov
,
E.
Giovbannozzi
,
E.
Joffrin
,
M.
Kempenaars
,
X.
Litaudon
,
T.
Loarer
,
P.
Lomas
,
J.
Maillous
,
R.
Pasqualotto
,
V.
Pericoli-Ridolfini
,
R.
Pugno
,
E.
Rachlew
,
S.
Saarelma
,
E.
Solano
,
M.
Walsh
,
L.
Zabeo
,
K. -D.
Zastrow
, and the
JET-EFDA Contributors
,
Nucl. Fusion
48
,
095004
(
2008
).
17.
S.
Saarelma
,
A.
Alfier
,
M. N. A.
Beurskens
,
R.
Coelho
,
H. R.
Koslowski
,
Y.
Liang
,
I.
Nunes
, and the
JET EFDA Contributors
,
Plasma Phys. Controlled Fusion
51
,
035001
(
2009
).
18.
P. B.
Snyder
,
H. R.
Wilson
,
T. H.
Osborne
, and
A. W.
Leonard
,
Plasma Phys. Controlled Fusion
46
,
A131
(
2004
).
19.
G.
Saibene
,
N.
Oyama
,
J.
Lönnroth
,
Y.
Andrew
,
E.
de la Luna
,
C.
Giroud
,
G. T. A.
Huysmans
,
Y.
Kamada
,
M. A. H.
Kempenaars
,
A.
Loarte
,
D.
McDonald
,
M. M. F.
Nave
,
A.
Meiggs
,
V.
Parail
,
R.
Sartori
,
S.
Sharapov
,
J.
Stober
,
T.
Suzuki
,
M.
Takechi
,
K.
Toi
, and
H.
Urano
,
Nucl. Fusion
47
,
969
(
2007
).
20.
A. W.
Leonard
,
R. J.
Groebner
,
T. H.
Osborne
, and
P. B.
Snyder
,
Phys. Plasmas
15
,
056114
(
2008
);
A. W.
Leonard
,
T. A.
Casper
,
R. J.
Groebner
,
T. H.
Osborne
,
P. B.
Snyder
, and
D. M.
Thomas
,
Nucl. Fusion
47
,
552
(
2007
).
21.
N.
Oyama
,
Y.
Sakamoto
,
A.
Isayama
,
M.
Takechi
,
P.
Gohil
,
L. L.
Lao
,
P. B.
Snyder
,
T.
Fujita
,
S.
Ide
,
Y.
Kamada
,
Y.
Miura
,
T.
Oikawa
,
T.
Suzuki
,
H.
Takenaga
,
K.
Toi
, and the
JT-60 Team
,
Nucl. Fusion
45
,
871
(
2005
).
22.
J. -S.
Lönnroth
,
V.
Parail
,
V.
Hynönen
,
T.
Johnson
,
T.
Kiviniemi
,
N.
Oyama
,
M.
Beurskens
,
D.
Howell
,
G.
Saibene
,
P.
de Vries
,
T.
Hatae
,
Y.
Kamada
,
S.
Konovalov
,
A.
Loarte
,
K.
Shinohara
,
K.
Tobita
,
H.
Urano
, and the
JET EFDA Contributors
,
Plasma Phys. Controlled Fusion
49
,
273
(
2007
).
23.
D. A.
Mossessian
,
P. B.
Snyder
,
A.
Hubbard
,
J. W.
Hughes
,
M.
Greenwald
,
B.
LaBombard
,
J. A.
Snipes
,
S.
Wolfe
, and
H. R.
Wilson
,
Phys. Plasmas
10
,
1720
(
2003
).
24.
K. H.
Burrell
,
T. H.
Osborne
,
P. B.
Snyder
,
W. P.
West
,
M. S.
Chu
,
M. E.
Fenstermacher
,
P.
Gohil
, and
W. M.
Solomon
,
Proceedings of the 22nd IAEA Fusion Energy Conference
, Geneva, Switzerland,
2008
, Paper No. EX/8-4.
25.
P. B.
Snyder
,
H. R.
Wilson
, and
X. Q.
Xu
,
Phys. Plasmas
12
,
056115
(
2005
).
26.
T. E.
Evans
,
R. A.
Moyer
,
K. H.
Burrell
,
M. E.
Fenstermacher
,
I.
Joseph
,
A. W.
Leonard
,
T. H.
Osborne
,
G. D.
Porter
,
M. J.
Schaeffer
,
P. B.
Snyder
,
P. R.
Thomas
,
J. G.
Watkins
, and
W. P.
West
,
Nat. Phys.
2
,
419
(
2006
).
27.
O.
Sauter
,
C.
Angioni
, and
Y. R.
Lin-Liu
,
Phys. Plasmas
6
,
2834
(
1999
);
O.
Sauter
,
C.
Angioni
, and
Y. R.
Lin-Liu
,
Phys. Plasmas
9
,
5140
(
2002
).
28.
T.
Onjun
,
G.
Bateman
,
A. H.
Kritz
, and
G.
Hammett
,
Phys. Plasmas
9
,
5018
(
2002
).
29.
P. B.
Snyder
and
G. W.
Hammett
,
Phys. Plasmas
8
,
744
(
2001
);
P. B.
Snyder
, “
Gyrofluid theory and simulation of electromagnetic turbulence and transport in tokamak plasmas
,” Ph.D. thesis,
Princeton University
,
1999
.
30.
F.
Jenko
and
W.
Dorland
,
Plasma Phys. Controlled Fusion
43
,
A141
(
2001
).
31.
B. D.
Scott
,
Plasma Phys. Controlled Fusion
45
,
A385
(
2003
).
32.
J.
Candy
,
Phys. Plasmas
12
,
072307
(
2005
).
33.
R. E.
Waltz
, personal communication (
2008
).
34.
T. H.
Osborne
,
K. H.
Burrell
,
R. J.
Groebner
,
L. L.
Lao
,
A. W.
Leonard
,
R.
Maingi
,
R. L.
Miller
,
G. D.
Porter
, and
A. D.
Turnbull
,
J. Nucl. Mater.
266–269
,
131
(
1999
);
R. J.
Groebner
and
T. H.
Osborne
,
Phys. Plasmas
5
,
1800
(
1998
).
35.
H.
Urano
,
T.
Takizuka
,
Y.
Kamada
,
N.
Oyama
,
H.
Takenaga
, and the
JT-60 Team
,
Nucl. Fusion
48
,
045008
(
2008
).
36.
I. H.
Hutchinson
,
R.
Boivin
,
F.
Bombarda
,
P.
Bonoli
,
S.
Fairfax
,
C.
Fiore
,
J.
Goetz
,
S.
Golovato
,
R.
Granetz
,
M.
Greenwald
,
S.
Horne
,
A.
Hubbard
,
J.
Irby
,
B.
LaBombard
,
B.
Lipschultz
,
E.
Marmar
,
G.
McCracken
,
M.
Porkolab
,
J.
Rice
,
J.
Snipes
,
Y.
Takase
,
J.
Terry
,
S.
Wolfe
,
C.
Christensen
,
D.
Garnier
,
M.
Graf
,
T.
Hsu
,
T.
Luke
,
M.
May
,
A.
Niemczewski
,
G.
Tinios
,
J.
Schachter
, and
J.
Urbahn
,
Phys. Plasmas
1
,
1511
(
1994
).
37.
B.
LaBombard
,
J. W.
Hughes
,
N.
Smick
,
A.
Garf
,
K.
Marr
,
R.
McDermott
,
M.
Reinke
,
M.
Greenwald
,
B.
Lipschulz
,
J. L.
Terry
,
D. G.
Whyte
,
S. J.
Zweben
, and the
Alcator C-Mod Team
,
Phys. Plasmas
15
,
056106
(
2008
).
38.
A.
Sykes
,
R.
Akers
,
L. C.
Appel
,
E. R.
Arends
,
P. G.
Carolan
,
N. J.
Conway
,
G. F.
Counsell
,
G.
Cunningham
,
A.
Dnestrovskij
,
Yu. N.
Dnestrovskij
,
A. R.
Field
,
S. J.
Fielding
,
M. P.
Gryaznevich
,
S.
Korsholm
,
E.
Laird
,
R.
Martin
,
M. P. S.
Nightingale
,
C. M.
Roach
,
M. R.
Tournianski
,
M. J.
Walsh
,
C. D.
Warrick
,
H. R.
Wilson
,
S.
You
, the
MAST Team
, and the
NBI Team
,
Nucl. Fusion
41
,
1423
(
2001
).
39.
O.
Gruber
,
H. -S.
Bosch
,
S.
Günter
,
A.
Herrmann
,
A.
Kallenbach
,
M.
Kaufmann
,
K.
Krieger
,
K.
Lackner
,
V.
Mertens
,
R.
Neu
,
F.
Ryter
,
J.
Schweinzer
,
A.
Stäbler
,
W.
Suttrop
,
R.
Wolf
,
K.
Asmussen
,
A.
Bard
,
G.
Becker
,
K.
Behler
,
K.
Behringer
,
A.
Bergmann
,
M.
Bessenrodt-Weberpals
,
K.
Borrass
,
B.
Braams
,
M.
Brambilla
,
R.
Brandenburg
,
F.
Braun
,
H.
Brinkschulte
,
R.
Brückner
,
B.
Brüsehaber
,
K.
Büchl
,
A.
Buhler
,
H. P.
Callaghan
,
A.
Carlson
,
D. P.
Coster
,
L.
Cupido
,
S.
de Peña Hempel
,
C.
Dorn
,
R.
Drube
,
R.
Dux
,
S.
Egorov
,
W.
Engelhardt
,
H. -U.
Fahrbach
,
U.
Fantz
,
H. -U.
Feist
,
P.
Franzen
,
J. C.
Fuchs
,
G.
Fussmann
,
J.
Gafert
,
G.
Gantenbein
,
O.
Gehre
,
A.
Geier
,
J.
Gernhardt
,
E.
Gubanka
,
A.
Gude
,
G.
Haas
,
K.
Hallatschek
,
D.
Hartmann
,
B.
Heinemann
,
G.
Herppich
,
W.
Herrmann
,
F.
Hofmeister
,
E.
Holzhauer
,
D.
Jacobi
,
M.
Kakoulidis
,
N.
Karakatsanis
,
O.
Kardaun
,
A.
Khutoretski
,
H.
Kollotzek
,
S.
Kötterl
,
W.
Kraus
,
B.
Kurzan
,
G.
Kyriakakis
,
P. T.
Lang
,
R. S.
Lang
,
M.
Laux
,
L. L.
Lengyel
,
F.
Leuterer
,
A.
Lorenz
,
H.
Maier
,
M.
Manso
,
M.
Maraschek
,
M.
Markoulaki
,
K. -F.
Mast
,
P. J.
McCarthy
,
D.
Meisel
,
H.
Meister
,
R.
Merkel
,
J. P.
Meskat
,
H. W.
Müller
,
M.
Münich
,
H.
Murmann
,
B.
Napiontek
,
G.
Neu
,
J.
Neuhauser
,
M.
Niethammer
,
J. -M.
Noterdaeme
,
G.
Pautasso
,
A. G.
Peeters
,
G.
Pereverzev
,
S.
Pinches
,
G.
Raupp
,
K.
Reinmüller
,
R.
Riedl
,
V.
Rohde
,
H.
Röhr
,
J.
Roth
,
H.
Salzmann
,
W.
Sandmann
,
H. -B.
Schilling
,
D.
Schlögl
,
K.
Schmidtmann
,
H.
Schneider
,
R.
Schneider
,
W.
Schneider
,
G.
Schramm
,
S.
Schweizer
,
R. R.
Schwörer
,
B. D.
Scott
,
U.
Seidel
,
F.
Serra
,
S.
Sesnic
,
C.
Sihler
,
A.
Silva
,
E.
Speth
,
K. -H.
Steuer
,
J.
Stober
,
B.
Streibl
,
A.
Thoma
,
W.
Treutterer
,
M.
Troppmann
,
N.
Tsois
,
W.
Ullrich
,
M.
Ulrich
,
P.
Varela
,
H.
Verbeek
,
O.
Vollmer
,
H.
Wedler
,
M.
Weinlich
,
U.
Wenzel
,
F.
Wesner
,
R.
Wunderlich
,
N.
Xantopoulos
,
Q.
Yu
,
D.
Zasche
,
T.
Zehetbauer
,
H. -P.
Zehrfeld
,
H.
Zohm
,and
M.
Zouhar
,
Nucl. Fusion
39
,
1321
(
1999
).
40.
R. J.
Groebner
,
A. W.
Leonard
,
P. B.
Snyder
,
T. H.
Osborne
,
C. F.
Maggi
,
M. E.
Fenstermacher
,
C. C.
Petty
, and
L. W.
Owen
,
Proceedings of the 22nd International Conference on Fusion Energy
, Geneva, Switzerland,
2008
, Paper No. EX/P3-5 [“
Progress towards a predictive model for pedestal height in DIII-D
,”
Nucl. Fusion
(submitted)].
41.
E. J.
Doyle
,
R. V.
Budny
,
J. C.
DeBoo
,
J. R.
Ferron
,
G. L.
Jackson
,
T. C.
Luce
,
M.
Murakami
,
T. H.
Osborne
,
J. -M.
Park
,
P. A.
Politzer
,
H.
Reimerdes
,
T. A.
Casper
,
C. D.
Challis
,
R. J.
Groebner
,
C. T.
Holcomb
,
A. W.
Hyatt
,
R. J.
La Haye
,
G. R.
McKee
,
T. W.
Petrie
,
C. C.
Petty
,
T. L.
Rhodes
,
M. W.
Shafer
,
P. B.
Snyder
,
E. J.
Strait
,
M. R.
Wade
,
G.
Wang
,
W. P.
West
, and
L.
Zeng
,
Proceedings of the 22nd International Conference on Fusion Energy
, Geneva, Switzerland,
2008
. Paper No. EX/1-3.
42.
E. A.
Belli
and
J.
Candy
,
Plasma Phys. Controlled Fusion
50
,
095010
(
2008
).
You do not currently have access to this content.