Impurity ion dynamics measured with simultaneously high spatial and temporal resolution reveal classical ion transport in the reversed-field pinch. The boron, carbon, oxygen, and aluminum impurity ion density profiles are obtained in the Madison Symmetric Torus [R. N. Dexter et al., Fusion Technol. 19, 131 (1991)] using a fast, active charge-exchange-recombination-spectroscopy diagnostic. Measurements are made during improved-confinement plasmas obtained using inductive control of tearing instability to mitigate stochastic transport. At the onset of the transition to improved confinement, the impurity ion density profile becomes hollow, with a slow decay in the core region concurrent with an increase in the outer region, implying an outward convection of impurities. Impurity transport from Coulomb collisions in the reversed-field pinch is classical for all collisionality regimes, and analysis shows that the observed hollow profile and outward convection can be explained by the classical temperature screening mechanism. The profile agrees well with classical expectations. Experiments performed with impurity pellet injection provide further evidence for classical impurity ion confinement.

1.
K.
Miyamoto
,
Fundamentals of Plasma Physics and Controlled Fusion
(
Iwanami Book Service Center
,
1997
).
2.
T. S.
Chen
,
A.
Nagata
,
K.
Sato
,
H.
Ashida
, and
T.
Amano
,
J. Phys. Soc. Jpn.
61
,
530
(
1992
).
3.
H.
Oshiyama
and
S.
Masamune
,
J. Phys. Soc. Jpn.
52
,
2041
(
1983
).
4.
M.
Wakatani
and
R.
Itatani
,
J. Phys. Soc. Jpn.
34
,
181
(
1973
).
5.
M. R.
Stoneking
,
J. T.
Chapman
,
D. J.
Den Hartog
,
S. C.
Prager
, and
J. S.
Sarff
,
Phys. Plasmas
5
,
1004
(
1998
).
6.
J. A.
Reusch
,
J. K.
Anderson
,
D. J.
Den Hartog
,
F.
Ebrahimi
,
D. D.
Schnack
,
H. D.
Stephens
, and
C. B.
Forest
,
Phys. Rev. Lett.
107
,
155002
(
2011
).
7.
J. S.
Sarff
,
S. A.
Hokin
,
H.
Ji
,
S. C.
Prager
, and
C. R.
Sovinec
,
Phys. Rev. Lett.
72
,
3670
(
1994
).
8.
B. E.
Chapman
,
A. F.
Almagri
,
J. K.
Anderson
,
T. M.
Biewer
,
P. K.
Chattopadhyay
,
C.-S.
Chiang
,
D.
Craig
,
D. J.
Den Hartog
,
G.
Fiksel
,
C. B.
Forest
,
A. K.
Hansen
,
D.
Holly
,
N. E.
Lanier
,
R.
O’Connell
,
S. C.
Prager
,
J. C.
Reardon
,
J. S.
Sarff
,
M. D.
Wyman
,
D. L.
Brower
,
W. X.
Ding
,
Y.
Jiang
,
S. D.
Terry
,
P.
Franz
,
L.
Marrelli
, and
P.
Martin
,
Phys. Plasmas
9
,
2061
(
2002
).
9.
P.
Franz
,
L.
Marrelli
,
P.
Piovesan
,
B. E.
Chapman
,
P.
Martin
,
I.
Predebon
,
G.
Spizzo
,
R. B.
White
, and
C.
Xiao
,
Phys. Rev. Lett.
92
,
125001
(
2004
).
10.
R.
O’Connell
,
D. J.
Den Hartog
,
C. B.
Forest
,
J. K.
Anderson
,
T. M.
Biewer
,
B. E.
Chapman
,
D.
Craig
,
G.
Fiksel
,
S. C.
Prager
,
J. S.
Sarff
,
S. D.
Terry
, and
R. W.
Harvey
,
Phys. Rev. Lett.
91
,
045002
(
2003
).
11.
R.
Dux
,
C.
Giroud
,
R.
Neu
,
A. G.
Peeters
,
J.
Stober
,
K.-D.
Zastrow
, and Contributors to the EFDA-JET Workprogramme,
J. Nucl. Mater.
313–316
,
1150
(
2003
).
12.
R.
Burhenn
,
Y.
Feng
,
K.
Ida
,
H.
Maassberg
,
K.
McCarthy
,
D.
Kalinina
,
M.
Kobayashi
,
S.
Morita
,
Y.
Nakamura
,
H.
Nozato
,
S.
Okamura
,
S.
Sudo
,
C.
Suzuki
,
N.
Tamura
,
A.
Weller
,
M.
Yoshinuma
, and
B.
Zurro
,
Nucl. Fusion
49
,
065005
(
2009
).
13.
M. R.
Wade
,
W. A.
Houlberg
, and
L. R.
Baylor
,
Phys. Rev. Lett.
84
,
282
(
2000
).
14.
M.
Yoshinuma
,
K.
Ida
,
M.
Yokoyama
,
M.
Osakabe
,
K.
Nagaoka
,
S.
Morita
,
M.
Goto
,
N.
Tamura
,
C.
Suzuki
,
S.
Yoshimura
,
H.
Funaba
,
Y.
Takeiri
,
K.
Ikeda
,
K.
Tsumori
,
O.
Kaneko
, and the LHD Experimental Group,
Nucl. Fusion
49
,
062002
(
2009
).
15.
S.
Menmuir
,
L.
Carraro
,
A.
Alfier
,
F.
Bonomo
,
A.
Fassina
,
G.
Spizzo
, and
N.
Vianello
,
Plasma Phys. Controlled Fusion
52
,
095001
(
2010
).
16.
R. N.
Dexter
,
D. W.
Kerst
,
T. W.
Lovell
,
S. C.
Prager
, and
J. C.
Sprott
,
Fusion Technol.
19
,
131
(
1991
).
17.
J. S.
Sarff
,
J. K.
Anderson
,
T. M.
Biewer
,
D. L.
Brower
,
B. E.
Chapman
,
P. K.
Chattopadhyay
,
D.
Craig
,
B.
Deng
,
D. J.
Den Hartog
,
W. X.
Ding
,
G.
Fiksel
,
C. B.
Forest
,
J. A.
Goetz
,
R.
O’Connell
,
S. C.
Prager
, and
M. A.
Thomas
,
Plasma Phys. Controlled Fusion
45
,
A457
(
2003
).
18.
R.
Lorenzini
,
E.
Martines
,
P.
Piovesan
,
D.
Terranova
,
P.
Zanca
,
M.
Zuin
,
A.
Alfier
,
D.
Bonfiglio
,
F.
Bonomo
,
A.
Canton
,
S.
Cappello
,
L.
Carraro
,
R.
Cavazzana
,
D. F.
Escande
,
A.
Fassina
,
P.
Franz
,
M.
Gobbin
,
P.
Innocente
,
L.
Marrelli
,
R.
Pasqualotto
,
M. E.
Puiatti
,
M.
Spolaore
,
M.
Valisa
,
N.
Vianello
, and
P.
Martin
,
Nat. Phys.
5
,
570
(
2009
).
19.
W. F.
Bergerson
,
F.
Auriemma
,
B. E.
Chapman
,
W. X.
Ding
,
P.
Zanca
,
D. L.
Brower
,
P.
Innocente
,
L.
Lin
,
R.
Lorenzini
,
E.
Martines
,
B.
Momo
,
J. S.
Sarff
, and
D.
Terranova
,
Phys. Rev. Lett.
107
,
255001
(
2011
).
20.
D.
Craig
,
D. J.
Den Hartog
,
D. A.
Ennis
,
S.
Gangadhara
, and
D.
Holly
,
Rev. Sci. Instrum.
78
,
013103
(
2007
).
21.
D. J.
Den Hartog
,
D.
Craig
,
D. A.
Ennis
,
G.
Fiksel
,
S.
Gangadhara
,
D. J.
Holly
,
J. C.
Reardon
,
V. I.
Davydenko
,
A. A.
Ivanov
,
A. A.
Lizunov
,
M. G.
O’Mullane
, and
H. P.
Summers
,
Rev. Sci. Instrum.
77
,
10F122
(
2006
).
22.
S.
Gangadhara
,
D.
Craig
,
D. A.
Ennis
, and
D. J.
Den Hartog
,
Rev. Sci. Instrum.
77
,
10F109
(
2006
).
23.
B.
Chapman
,
J.
Ahn
,
A.
Almagri
,
J.
Anderson
,
F.
Bonomo
,
D.
Brower
,
D.
Burke
,
K.
Caspary
,
D.
Clayton
,
S.
Combs
,
W.
Cox
,
D.
Craig
,
B.
Deng
,
D.
Den Hartog
,
W.
Ding
,
F.
Ebrahimi
,
D.
Ennis
,
G.
Fiksel
,
C.
Forest
,
C.
Foust
,
P.
Franz
,
S.
Gangadhara
,
J.
Goetz
,
M.
Kaufman
,
J.
Kulpin
,
A.
Kuritsyn
,
R.
Magee
,
M.
Miller
,
V.
Mirnov
,
P.
Nonn
,
R.
O’Connell
,
S.
Oliva
,
S.
Prager
,
J.
Reusch
,
J.
Sarff
,
H.
Stephens
,
M.
Wyman
, and
T.
Yates
,
Nucl. Fusion
49
,
104020
(
2009
).
24.
H. P.
Summers
, The Atomic Data and Analysis Structure User Manual, Version 2.6. www.adas.ac.uk (
2004
).
25.
S. T. A.
Kumar
,
D. J.
Den Hartog
,
B. E.
Chapman
,
M.
O’Mullane
,
M.
Nornberg
,
D.
Craig
,
S.
Eilerman
,
G.
Fiksel
,
E.
Parke
, and
J.
Reusch
,
Plasma Phys. Controlled Fusion
54
,
012002
(
2012
).
26.
S. T. A.
Kumar
,
D. J.
Den Hartog
,
R. M.
Magee
,
G.
Fiksel
, and
D.
Craig
,
Plasma Phys. Controlled Fusion
53
,
032001
(
2011
).
27.
S. P.
Hirshman
and
D. J.
Sigmar
,
Nucl. Fusion
21
,
1079
(
1981
).
28.
V.
Zhdanov
,
Transport Processes in Multicomponent Plasma
(
Taylor & Francis
,
London
,
2002
).
29.
K. W.
Wenzel
and
D. J.
Sigmar
,
Nucl. Fusion
30
,
1117
(
1990
).
30.
S. K.
Combs
,
L. R.
Baylor
,
D. T.
Fehling
,
P. W.
Fisher
,
C. R.
Foust
,
D. A.
Rasmussen
,
J. B.
Wilgen
,
B. E.
Chapman
,
S. P.
Oliva
,
S. C.
Prager
,
J. S.
Sarff
,
M. D.
Wyman
,
D. L.
Brower
,
W. X.
Ding
,
S. D.
Terry
, and
B. H.
Deng
,
Fusion Sci. Technol.
44
,
513
(
2003
).
31.
A. B.
Rechester
and
M. N.
Rosenbluth
,
Phys. Rev. Lett.
40
,
38
(
1978
).
You do not currently have access to this content.