One metric for comparing confinement properties of different magnetic fusion energy configurations is the linear critical gradient of drift wave modes. The critical gradient scale length determines the ratio of the core to pedestal temperature when a plasma is limited to marginal stability in the plasma core. The gyrokinetic turbulence code GS2 was used to calculate critical temperature gradients for the linear, collisionless ion temperature gradient (ITG) mode in the National Compact Stellarator Experiment (NCSX) and a prototypical shaped tokamak, based on the profiles of a JET H-mode shot and the stronger shaping of ARIES-AT. While a concern was that the narrow cross section of NCSX at some toroidal locations would result in steep gradients that drive instabilities more easily, it is found that other stabilizing effects of the stellarator configuration offset this so that the normalized critical gradients for NCSX are competitive with or even better than for the tokamak. For the adiabatic ITG mode, NCSX and the tokamak had similar adiabatic ITG mode critical gradients, although beyond marginal stability, NCSX had larger growth rates. However, for the kinetic ITG mode, NCSX had a higher critical gradient and lower growth rates until a/LT1.5a/LT,crit, when it surpassed the tokamak's. A discussion of the results presented with respect to a/LT vs. R/LT is included.

1.
2.
J.
Sapper
and
H.
Renner
,
Fusion Technol.
7
,
62
(
1990
).
3.
C.
Beidler
,
G.
Grieger
,
F.
Herrnegger
,
E.
Harmeyer
,
J.
Kisslinger
,
W.
Lotz
,
H.
Maassberg
,
P.
Merkel
,
J.
Nuhrenberg
,
F.
Rau
,
J.
Sapper
,
F.
Sardei
,
R.
Scardovell
,
A.
Schluter
, and
H. M. f. P.
Woblig
,
Fusion Technol.
17
,
148
(
1990
).
4.
G.
Grieger
,
W.
Lotz
,
P.
Merkel
,
J.
Nührenberg
,
J.
Sapper
,
E.
Strumberger
,
H.
Wobig
,
R.
Burhenn
,
V.
Erckmann
,
U.
Gasparino
,
L.
Giannone
,
H. J.
Hartfuss
,
R.
Jaenicke
,
G.
Kühner
,
H.
Ringler
,
A.
Weller
,
F.
Wagner
, W7-X Team, and W7-AS Team,
Phys. Fluids B: Plasma Phys.
4
,
2081
(
1992
).
5.
M. C.
Zarnstorff
,
L. A.
Berry
,
A.
Brooks
,
E.
Fredrickson
,
G.-Y.
Fu
,
S.
Hirshman
,
S.
Hudson
,
L.-P.
Ku
,
E.
Lazarus
,
D.
Mikkelsen
,
D.
Monticello
,
G. H.
Neilson
,
N.
Pomphrey
,
A.
Reiman
,
D.
Spong
,
D.
Strickler
,
A.
Boozer
,
W. A.
Cooper
,
R.
Goldston
,
R.
Hatcher
,
M.
Isaev
,
C.
Kessel
,
J.
Lewandowski
,
J. F.
Lyon
,
P.
Merkel
,
H.
Mynick
,
B. E.
Nelson
,
C.
Nuehrenberg
,
M.
Redi
,
W.
Reiersen
,
P.
Rutherford
,
R.
Sanchez
,
J.
Schmidt
, and
R. B.
White
,
Plasma Phys. Controlled Fusion
43
,
A237
(
2001
).
6.
H.
Yamada
,
A.
Komori
,
N.
Ohyabu
,
O.
Kaneko
,
K.
Kawahata
,
K. Y.
Watanabe
,
S.
Sakakibara
,
S.
Murakami
,
K.
Ida
,
R.
Sakamoto
,
Y.
Liang
,
J.
Miyazawa
,
K.
Tanaka
,
Y.
Narushima
,
S.
Morita
,
S.
Masuzaki
,
T.
Morisaki
,
N.
Ashikawa
,
L. R.
Baylor
,
W. A.
Cooper
,
M.
Emoto
,
P. W.
Fisher
,
H.
Funaba
,
M.
Goto
,
H.
Idei
,
K.
Ikeda
,
S.
Inagaki
,
N.
Inoue
,
M.
Isobe
,
K.
Khlopenkov
,
T.
Kobuchi
,
A.
Kostrioukov
,
S.
Kubo
,
T.
Kuroda
,
R.
Kumazawa
,
T.
Minami
,
S.
Muto
,
T.
Mutoh
,
Y.
Nagayama
,
N.
Nakajima
,
Y.
Nakamura
,
H.
Nakanishi
,
K.
Narihara
,
K.
Nishimura
,
N.
Noda
,
T.
Notake
,
S.
Ohdachi
,
Y.
Oka
,
M.
Osakabe
,
T.
Ozaki
,
B. J.
Peterson
,
G.
Rewoldt
,
A.
Sagara
,
K.
Saito
,
H.
Sasao
,
M.
Sasao
,
K.
Sato
,
M.
Sato
,
T.
Seki
,
H.
Sugama
,
T.
Shimozuma
,
M.
Shoji
,
H.
Suzuki
,
Y.
Takeiri
,
N.
Tamura
,
K.
Toi
,
T.
Tokuzawa
,
Y.
Torii
,
K.
Tsumori
,
T.
Watanabe
,
I.
Yamada
,
S.
Yamamoto
,
M.
Yokoyama
,
Y.
Yoshimura
,
T.
Watari
,
Y.
Xu
,
K.
Itoh
,
K.
Matsuoka
,
K.
Ohkubo
,
T.
Satow
,
S.
Sudo
,
T.
Uda
,
K.
Yamazaki
,
O.
Motojima
, and
M.
Fujiwara
,
Plasma Phys. Controlled Fusion
43
,
A55
(
2001
).
7.
S. P.
Gerhardt
,
J. N.
Talmadge
,
J. M.
Canik
, and
D. T.
Anderson
,
Phys. Rev. Lett.
94
,
015002
(
2005
).
8.
J. M.
Canik
,
D. T.
Anderson
,
F. S. B.
Anderson
,
K. M.
Likin
,
J. N.
Talmadge
, and
K.
Zhai
,
Phys. Rev. Lett.
98
,
085002
(
2007
).
9.
J. N.
Talmadge
,
F. S. B.
Anderson
,
D. T.
Anderson
,
C.
Deng
,
W.
Guttenfelder
,
K. M.
Likin
,
J.
Lore
,
J. C.
Schmitt
, and
K.
Zhai
,
Plasma Fusion Res.
3
,
S1002
(
2008
).
10.
G.
Rewoldt
,
Phys. Fluids
25
,
480
(
1982
).
11.
G.
Rewoldt
,
W. M.
Tang
, and
R. J.
Hastie
,
Phys. Fluids
30
,
807
(
1987
).
12.
G.
Rewoldt
,
L.-P.
Ku
,
W. M.
Tang
, and
W. A.
Cooper
,
Phys. Plasmas
6
,
4705
(
1999
).
13.
W.
Guttenfelder
,
J.
Lore
,
D. T.
Anderson
,
F. S. B.
Anderson
,
J. M.
Canik
,
W.
Dorland
,
K. M.
Likin
, and
J. N.
Talmadge
,
Phys. Rev. Lett.
101
,
215002
(
2008
).
14.
P.
Xanthopoulos
and
F.
Jenko
,
Phys. Plasmas
14
,
042501
(
2007
).
15.
P.
Xanthopoulos
,
F.
Merz
,
T.
Goerler
, and
F.
Jenko
,
Phys. Rev. Lett.
99
,
035002
(
2007
).
16.
T.-H.
Watanabe
,
H.
Sugama
, and
S.
Ferrando-Margalet
,
Nucl. Fusion
47
,
1383
(
2007
).
17.
M.
Nunami
,
T.
Watanabe
, and
H.
Sugama
,
Plasma Fusion Res.
5
,
016
(
2010
).
18.
J. A.
Baumgaertel
,
E. A.
Belli
,
W.
Dorland
,
W.
Guttenfelder
,
G. W.
Hammett
,
D. R.
Mikkelsen
,
G.
Rewoldt
,
W. M.
Tang
, and
P.
Xanthopoulos
,
Phys. Plasmas
18
,
122301
(
2011
).
19.
J. A.
Baumgaertel
,
G. W.
Hammett
,
D. R.
Mikkelsen
,
M.
Nunami
, and
P.
Xanthopoulos
,
Phys. Plasmas
19
,
122306
(
2012
).
20.
A. H.
Boozer
,
Plasma Phys. Controlled Fusion
50
,
124005
(
2008
).
21.
G.
Rewoldt
,
L.-P.
Ku
, and
W. M.
Tang
,
Phys. Plasmas
12
,
102512
(
2005
).
22.
M.
Nunami
,
T. H.
Watanabe
,
H.
Sugama
, and
K.
Tanaka
,
Phys. Plasmas
19
,
042504
(
2012
).
23.
O.
Yamagishi
,
M.
Yokoyama
,
N.
Nakajima
, and
K.
Tanaka
,
Phys. Plasmas
14
,
012505
(
2007
).
24.
T. H.
Watanabe
,
H.
Sugama
, and
S.
Ferrando-Margalet
,
Phys. Rev. Lett.
100
,
195002
(
2008
).
25.
T. H.
Watanabe
,
H.
Sugama
, and
M.
Nunami
,
Nucl. Fusion
51
,
123003
(
2011
).
26.
P.
Xanthopoulos
,
A.
Mischchenko
,
P.
Helander
,
H. S.
Sugama
, and
T. H.
Watanabe
,
Phys. Rev. Lett.
107
,
245002
(
2011
).
27.
W.
Dorland
,
F.
Jenko
,
M.
Kotschenreuther
, and
B. N.
Rogers
,
Phys. Rev. Lett.
85
,
5579
(
2000
).
28.
F.
Jenko
,
W.
Dorland
,
M.
Kotschenreuther
, and
B. N.
Rogers
,
Phys. Plasmas
7
,
1904
(
2000
).
29.
H. E.
Mynick
,
N.
Pomphrey
, and
P.
Xanthopoulos
,
Phys. Rev. Lett.
105
,
095004
(
2010
).
30.
O.
Gruber
,
R.
Arslanbekov
,
C.
Atanasiu
,
A.
Bard
,
G.
Becker
,
W.
Becker
,
M.
Beckmann
,
K.
Behler
,
K.
Behringer
,
A.
Bergmann
,
R.
Bilato
,
D.
Bolshukin
,
K.
Borrass
,
H.-S.
Bosch
,
B.
Braams
,
M.
Brambilla
,
R.
Brandenburg
,
F.
Braun
,
H.
Brinkschulte
,
R.
Brueckner
,
B.
Bruesehaber
,
K.
Buechl
,
A.
Buhler
,
H.
Buerbaumer
,
A.
Carlson
,
M.
Ciric
,
G.
Conway
,
D. P.
Coster
,
C.
Dorn
,
R.
Drube
,
R.
Dux
,
S.
Egorov
,
W.
Engelhardt
,
H.-U.
Fahrbach
,
U.
Fantz
,
H.
Faugel
,
M.
Foley
,
P.
Franzen
,
P.
Fu
,
J. C.
Fuchs
,
J.
Gafert
,
G.
Gantenbein
,
O.
Gehre
,
A.
Geier
,
J.
Gernhardt
,
E.
Gubanka
,
A.
Gude
,
S.
Guenter
,
G.
Haas
,
D.
Hartmann
,
B.
Heinemann
,
A.
Herrmann
,
J.
Hobirk
,
F.
Hofmeister
,
H.
Hohenoecker
,
L.
Horton
,
L.
Hu
,
D.
Jacobi
,
M.
Jakobi
,
F.
Jenko
,
A.
Kallenbach
,
O.
Kardaun
,
M.
Kaufmann
,
A.
Kendl
,
J.-W.
Kim
,
K.
Kirov
,
R.
Kochergov
,
H.
Kollotzek
,
W.
Kraus
,
K.
Krieger
,
B.
Kurzan
,
G.
Kyriakakis
,
K.
Lackner
,
P. T.
Lang
,
R. S.
Lang
,
M.
Laux
,
L.
Lengyel
,
F.
Leuterer
,
A.
Lorenz
,
H.
Maier
,
K.
Mank
,
M.-E.
Manso
,
M.
Maraschek
,
K.-F.
Mast
,
P. J.
McCarthy
,
D.
Meisel
,
H.
Meister
,
F.
Meo
,
R.
Merkel
,
V.
Mertens
,
J. P.
Meskat
,
R.
Monk
,
H. W.
Mueller
,
M.
Muenich
,
H.
Murmann
,
G.
Neu
,
R.
Neu
,
J.
Neuhauser
,
J.-M.
Noterdaeme
,
I.
Nunes
,
G.
Pautasso
,
A. G.
Peeters
,
G.
Pereverzev
,
S.
Pinches
,
E.
Poli
,
R.
Pugno
,
G.
Raupp
,
T.
Ribeiro
,
R.
Riedl
,
S.
Riondato
,
V.
Rohde
,
H.
Roehr
,
J.
Roth
,
F.
Ryter
,
H.
Salzmann
,
W.
Sandmann
,
S.
Sarelma
,
S.
Schade
,
H.-B.
Schilling
,
D.
Schloegl
,
K.
Schmidtmann
,
R.
Schneider
,
W.
Schneider
,
G.
Schramm
,
J.
Schweinzer
,
S.
Schweizer
,
B. D.
Scott
,
U.
Seidel
,
F.
Serra
,
S.
Sesnic
,
C.
Sihler
,
A.
Silva
,
A.
Sips
,
E.
Speth
,
A.
Staebler
,
K.-H.
Steuer
,
J.
Stober
,
B.
Streibl
,
E.
Strumberger
,
W.
Suttrop
,
A.
Tabasso
,
A.
Tanga
,
G.
Tardini
,
C.
Tichmann
,
W.
Treutterer
,
M.
Troppmann
,
N.
Tsois
,
W.
Ullrich
,
M.
Ullrich
,
P.
Varela
,
O.
Vollmer
,
U.
Wenzel
,
F.
Wesner
,
R.
Wolf
,
E.
Wolfrum
,
R.
Wunderlich
,
N.
Xantopoulos
,
Q.
Yu
,
M.
Zarrabian
,
D.
Zasche
,
T.
Zehetbauer
,
H.-P.
Zehrfeld
,
A.
Zeiler
, and
H.
Zohm
,
Nucl. Fusion
41
,
1369
(
2001
).
31.
H. E.
Mynick
,
N.
Pomphrey
, and
P.
Xanthopoulos
,
Phys. Plasmas
18
,
056101
(
2011
).
32.
G.
Staebler
and
H. S.
John
,
Nucl. Fusion
46
,
L6
(
2006
).
33.
A. M.
Dimits
,
G.
Bateman
,
M. A.
Beer
,
B. I.
Cohen
,
W.
Dorland
,
G. W.
Hammett
,
C.
Kim
,
J. E.
Kinsey
,
M.
Kotschenreuther
,
A. H.
Kritz
,
L. L.
Lao
,
J.
Mandrekas
,
W. M.
Nevins
,
S. E.
Parker
,
A. J.
Redd
,
D. E.
Shumaker
,
R.
Sydora
, and
J.
Weiland
,
Phys. Plasmas
7
,
969
(
2000
).
34.
F.
Jenko
,
W.
Dorland
, and
G. W.
Hammett
,
Phys. Plasmas
8
,
4096
(
2001
).
35.
E. A.
Belli
,
G. W.
Hammett
, and
W.
Dorland
,
Phys. Plasmas
15
,
092303
(
2008
).
36.
F.
Najmabadi
,
A.
Abdou
,
L.
Bromberg
,
T.
Brown
,
V.
Chan
,
M.
Chu
,
F.
Dahlgren
,
L.
El-Guebaly
,
P.
Heitzenroeder
,
D.
Henderson
,
H.
St. John
,
C.
Kessel
,
L.
Lao
,
G.
Longhurst
,
S.
Malang
,
T.
Mau
,
B.
Merrill
,
R.
Miller
,
E.
Mogahed
,
R.
Moore
,
T.
Petrie
,
D.
Petti
,
P.
Politzer
,
A.
Raffray
,
D.
Steiner
,
I.
Sviatoslavsky
,
P.
Synder
,
G.
Syaebler
,
A.
Turnbull
,
M.
Tillack
,
L.
Waganer
,
X.
Wang
,
P.
West
, and
P.
Wilson
,
Fusion Eng. Design
80
,
3
(
2006
).
37.
E. A.
Lazarus
,
M. S.
Chu
,
J. R.
Ferron
,
F. J.
Helton
,
J. T.
Hogan
,
A. G.
Kellman
,
L. L.
Lao
,
J. B.
Lister
,
T. H.
Osborne
,
R.
Snider
,
E. J.
Strait
,
T. S.
Taylor
, and
A. D.
Turnbull
,
Phys. Fluids B: Plasma Phys.
3
,
2220
(
1991
).
38.
E. J.
Strait
,
Phys. Plasmas
1
,
1415
(
1994
).
39.
D. A.
Gates
,
Phys. Plasmas
10
,
1659
(
2003
).
40.
C.
Roach
,
M.
Walters
,
R.
Budny
,
F.
Imbeaux
,
T.
Fredian
,
M.
Greenwald
,
J.
Stillerman
,
D.
Alexander
,
J.
Carlsson
,
J.
Cary
,
F.
Ryter
,
J.
Stober
,
P.
Gohil
,
C.
Greenfield
,
M.
Murakami
,
G.
Bracco
,
B.
Esposito
,
M.
Romanelli
,
V.
Parail
,
P.
Stubberfield
,
I.
Voitsekhovitch
,
C.
Brickley
,
A.
Field
,
Y.
Sakamoto
,
T.
Fujita
,
T.
Fukuda
,
N.
Hayashi
,
G.
Hogeweij
,
A.
Chudnovskiy
,
N.
Kinerva
,
C.
Kessel
,
T.
Aniel
,
G.
Hoang
,
J.
Ongena
,
E.
Doyle
,
W.
Houlberg
,
A.
Polevoi
, ITPA Confinement Database and Modelling Topical Group, and ITPA Transport Physics Topical Group,
Nucl. Fusion
48
,
125001
(
2008
).
41.
M.
Valovic
,
J.
Rapp
,
J. G.
Cordey
,
R.
Budny
,
D. C.
McDonald
,
L.
Garzotti
,
A.
Kallenbach
,
M. A.
Mahdavi
,
J.
Ongena
,
V.
Parail
,
G.
Saibene
,
R.
Sartori
,
M.
Stamp
,
O.
Sauter
,
J.
Strachan
,
W.
Suttrop
, and
c. t. t. E.
Workprogramme
,
Plasma Phys. Controlled Fusion
44
,
1911
(
2002
).
42.
J.
Ongena
,
P.
Monier-Garbet
,
W.
Suttrop
,
P.
Andrew
,
M.
Bécoulet
,
R.
Budny
,
Y.
Corre
,
G.
Cordey
,
P.
Dumortier
,
T.
Eich
,
L.
Garzotti
,
D.
Hillis
,
J.
Hogan
,
L.
Ingesson
,
S.
Jachmich
,
E.
Joffrin
,
P.
Lang
,
A.
Loarte
,
P.
Lomas
,
G.
Maddison
,
D.
McDonald
,
A.
Messiaen
,
M.
Nave
,
G.
Saibene
,
R.
Sartori
,
O.
Sauter
,
J.
Strachan
,
B.
Unterberg
,
M.
Valovic
,
I.
Voitsekhovitch
,
M.
v. Hellermann
,
B.
Alper
,
Y.
Baranov
,
M.
Beurskens
,
G.
Bonheure
,
J.
Brzozowski
,
J.
Bucalossi
,
M.
Brix
,
M.
Charlet
,
I.
Coffey
,
M. D.
Baar
,
P. D.
Vries
,
C.
Giroud
,
C.
Gowers
,
N.
Hawkes
,
G.
Jackson
,
C.
Jupen
,
A.
Kallenbach
,
H.
Koslowski
,
K.
Lawson
,
M.
Mantsinen
,
G.
Matthews
,
F.
Milani
,
M.
Murakami
,
A.
Murari
,
R.
Neu
,
V.
Parail
,
S.
Podda
,
M.
Puiatti
,
J.
Rapp
,
E.
Righi
,
F.
Sartori
,
Y.
Sarazin
,
A.
Staebler
,
M.
Stamp
,
G.
Telesca
,
M.
Valisa
,
B.
Weyssow
,
K.
Zastrow
, and
E. W.
Contributors
,
Nucl. Fusion
44
,
124
(
2004
).
43.
R. L.
Miller
,
M. S.
Chu
,
J. M.
Greene
,
Y. R.
Lin-Liu
, and
R. E.
Waltz
,
Phys. Plasmas
5
,
973
(
1998
).
44.
J. A.
Baumgaertel
, “
Simulating the effects of stellarator geometry on gyrokinetic drift-wave turbulence
,” Ph.D. dissertation (Princeton University,
2012
).
45.
M.
Barnes
, “
Trinity: A unified treatment of turbulence, transport, and heating in magnetized plasmas
,” Ph.D. dissertation (University of Maryland,
2009
).
46.
D. R.
Mikkelsen
and
W.
Dorland
,
Phys. Rev. Lett.
101
,
135003
(
2008
).
47.
J. L.
Peterson
,
R.
Bell
,
J.
Candy
,
W.
Guttenfelder
,
G. W.
Hammett
,
S. M.
Kaye
,
B.
LeBlanc
,
D. R.
Mikkelsen
,
D. R.
Smith
, and
H. Y.
Yuh
,
Phys. Plasmas
19
,
056120
(
2012
).
48.
N.
Pomphrey
,
R.
Hatcher
,
S. P.
Hirshman
,
S.
Hudson
,
L.
Ku
,
E.
Lazarus
,
H.
Mynick
,
D.
Monticello
,
G. H.
Neilson
,
A.
Reiman
, and NCSX Team, PPPL Report PPPL-3701,
2002
.
49.
N.
Pomphrey
,
A.
Boozer
,
A.
Brooks
,
R.
Hatcher
,
S. P.
Hirshman
,
S.
Hudson
,
L.
Ku
,
E.
Lazarus
,
H.
Mynick
,
D.
Monticello
,
M.
Redi
,
A.
Reiman
,
M. C.
Zarnstorff
, and
I.
Zatz
,
Fusion Sci. Technol.
51
,
181
(
2007
).
You do not currently have access to this content.