Extremely low density operation free of error field penetration supports the excitation of trace-level quiescent runaway electron (RE) populations during the flat-top of DIII-D Ohmic discharges. Operation in the quiescent regime allows accurate measurement of all key parameters important to RE excitation, including the internal broadband magnetic fluctuation level. RE onset is characterized and found to be consistent with primary (Dreicer) generation rates. Impurity-free collisional suppression of the RE population is investigated by stepping the late-time main-ion density, until RE decay is observed. The transition from growth to decay is found to occur 3–5 times above the theoretical critical electric field for avalanche growth and is thus indicative of anomalous RE loss. This suggests that suppression of tokamak RE avalanches can be achieved at lower density than previously expected, though extrapolation requires predictive understanding of the RE loss mechanism and magnitude.

1.
H.
Dreicer
,
Phys. Rev.
115
,
238
(
1959
).
2.
P.
Helander
,
L.-G.
Eriksson
, and
F.
Andersson
,
Plasma Phys. Controlled Fusion
44
,
B247
(
2002
).
3.
T. C.
Hender
,
J. C.
Wesley
,
J. M.
Bialek
,
A.
Bondeson
,
A. H.
Boozer
,
R. J.
Buttery
,
A. M.
Garofalo
,
T. P.
Goodman
,
R. S.
Granetz
,
Y.
Gribov
,
O.
Gruber
,
M. P.
Gryaznevich
,
G.
Giruzzi
,
S.
Günter
,
N.
Hayashi
,
P.
Helander
,
C. C.
Hegna
,
D. F.
Howell
,
D. A.
Humphreys
,
G. T. A.
Huysmans
,
A. W.
Hyatt
,
A.
Isayama
,
S. C.
Jardin
,
Y.
Kawano
,
A. G.
Kellman
,
C. E.
Kessel
,
H. R.
Koslowski
,
R. J.
La Haye
,
E.
Lazzaro
,
Y. Q.
Liu
,
V.
Lukash
,
J.
Manickam
,
S.
Medvedev
,
V.
Mertens
,
S. V.
Mirnov
,
Y.
Naka-mura
,
G. A.
Navratil
,
M.
Okabayashi
,
T.
Ozeki
,
R.
Paccagnella
,
G.
Pautasso
,
F.
Porcelli
,
V. D.
Pustovitov
,
V.
Riccardo
,
M.
Sato
,
O.
Sauter
,
M. J.
Schaffer
,
M.
Shimada
,
P.
Sonato
,
E. J.
Strait
,
M.
Sugihara
,
M.
Takechi
,
A. D.
Turnbull
,
E.
Westerhof
,
D. G.
Whyte
,
R.
Yoshino
,
H.
Zohm
, and
ITPA MHD, Disruption and Magnetic Control Topical Group
,
Nucl. Fusion
47
,
S128
(
2007
).
4.
R. W.
Harvey
,
V. S.
Chan
,
S. C.
Chiu
,
T. E.
Evans
,
M. N.
Rosenbluth
, and
D. G.
Whyte
,
Phys. Plasmas
7
,
4590
(
2000
).
5.
P.
Helander
,
H.
Smith
,
T.
Fulop
, and
L.-G.
Eriksson
,
Phys. Plasmas
11
,
5704
(
2004
).
6.
E. G.
Zweibel
and
M.
Yamada
,
Annu. Rev. Astron. Astrophys.
47
,
291
(
2009
).
7.
J. W.
Connor
and
R. J.
Hastie
,
Nucl. Fusion
15
,
415
(
1975
).
8.
N. T.
Besedin
and
I. M.
Pankratov
,
Nucl. Fusion
26
,
807
(
1986
).
9.
R. J.
Jayakumar
,
H. H.
Fleischmann
, and
S. J.
Zweben
,
Phys. Lett. A
172
,
447
(
1993
).
10.
M. N.
Rosenbluth
and
S. V.
Putvinski
,
Nucl. Fusion
37
,
1355
(
1997
).
11.
S. C.
Chiu
,
M. N.
Rosenbluth
,
R. W.
Harvey
, and
V. S.
Chan
,
Nucl. Fusion
38
,
1711
(
1998
).
12.
L.-G.
Eriksson
,
P.
Helander
,
F.
Andersson
,
D.
Anderson
, and
M.
Lisak
,
Phys. Rev. Lett.
92
,
205004
(
2004
).
13.
R. D.
Gill
,
Nucl. Fusion
33
,
1613
(
1993
).
14.
N. W.
Eidietis
,
N.
Commaux
,
E. M.
Hollmann
,
D. A.
Humphreys
,
T. C.
Jernigan
,
R. A.
Moyer
,
E. J.
Strait
,
M. A.
Van Zeeland
,
J. C.
Wesley
, and
J. H.
Yu
,
Phys. Plasmas
19
,
056109
(
2012
).
15.
E. M.
Hollmann
,
P. B.
Parks
,
D. A.
Humphreys
,
N. H.
Brooks
,
N.
Commaux
,
N. W.
Eidietis
,
T. E.
Evans
,
R. C.
Isler
,
A. N.
James
,
T. C.
Jernigan
,
J.
Munoz
,
E. J.
Strait
,
C.
Tsui
,
J. C.
Wesley
, and
J. H.
Yu
,
Nucl. Fusion
51
,
103026
(
2011
).
16.
E. M.
Hollmann
,
M. E.
Austin
,
J. A.
Boedo
,
N. H.
Brooks
,
N.
Commaux
,
N. W.
Eidietis
,
D. A.
Humphreys
,
V. A.
Izzo
,
A. N.
James
,
T. C.
Jernigan
,
A.
Loarte
,
J.
Martin-Solis
,
R. A.
Moyer
,
J. M.
Muñoz Burgos
,
P. B.
Parks
,
D. L.
Rudakov
,
E. J.
Strait
,
C.
Tsui
,
M. A.
Van Zeeland
,
J. C.
Wesley
, and
J. H.
Yu
,
Nucl. Fusion
53
,
083004
(
2013
).
17.
V. S.
Vlasenkov
,
V. M.
Leonov
,
V. G.
Merezhkin
, and
V. S.
Mukhovatov
,
Nucl. Fusion
13
,
509
(
1973
).
18.
H.
Knoepfel
and
D. A.
Spong
,
Nucl. Fusion
19
,
785
(
1979
).
19.
R. J.
Zhou
,
L. Q.
Hu
,
E. Z.
Li
,
M.
Xu
,
G. Q.
Zhong
,
L. Q.
Xu
,
S. Y.
Lin
, and
J. Z.
Zhang
,
Plasma Phys. Controlled Fusion
55
,
055006
(
2013
).
20.
V. V.
Parail
and
O. P.
Pogutse
,
Nucl. Fusion
18
,
303
(
1978
).
21.
T.
Fülöp
,
G.
Pokol
,
P.
Helander
, and
M.
Lisak
,
Phys. Plasmas
13
,
062506
(
2006
).
22.
R.
Fitzpatrick
,
Nucl. Fusion
33
,
1049
(
1993
).
23.
R.
Fitzpatrick
,
Plasma Phys. Controlled Fusion
54
,
094002
(
2012
).
24.
R. J.
Buttery
,
A. H.
Boozer
,
Y. Q.
Liu
,
J.-K.
Park
,
N. M.
Ferraro
,
V.
Amoskov
,
Y.
Gribov
,
R. J.
La Haye
,
E.
Lamzin
,
J. E.
Menard
,
M. J.
Schaffer
, and
E. J.
Strait
,
Phys. Plasmas
19
,
056111
(
2012
).
25.
J. T.
Scoville
and
R. J.
La Haye
,
Nucl. Fusion
43
,
250
(
2003
).
26.
G.
Fussmann
,
D.
Campbell
,
A.
Eberhagen
,
W.
Engelhardt
,
F.
Karger
,
M.
Keilhacker
,
O.
Kluber
,
K.
Lackner
,
S.
Sesnic
,
F.
Wagner
,
K.
Behringer
,
O.
Gehre
,
J.
Gernhardt
,
E.
Glock
,
G.
Haas
,
M.
Kornherr
,
G.
Lisitano
,
H. M.
Mayer
,
D.
Meisel
,
B.
Muller
,
H.
Murmann
,
H.
Niedermeyer
,
H.
Rapp
,
N.
Ruhs
,
F.
Schneider
,
G.
Siller
, and
K.
Steuer
,
Phys. Rev. Lett.
47
,
1004
(
1981
).
27.
R.
Jaspers
,
K. H.
Finken
,
G.
Mank
,
F.
Hoenen
,
J. A.
Boedo
,
N. J.
Lopes Cardozo
, and
F. C.
Schuller
,
Nucl. Fusion
33
,
1775
(
1993
).
28.
R.
Jaspers
,
N.
Cardozo
, and
K. H.
Finken
,
Phys. Rev. Lett.
72
,
4093
(
1994
).
29.
M.
Pankratov
,
R.
Jaspers
, and
K. H.
Finken
,
Nucl. Fusion
38
,
279
(
1998
).
30.
K. H.
Finken
,
S. S.
Abdullaev
,
M. W.
Jakubowski
,
R.
Jaspers
,
M.
Lehnen
, and
O.
Zimmermann
,
Nucl. Fusion
46
,
S139
(
2006
).
31.
K. H.
Finken
,
S. S.
Abdullaev
,
M. W.
Jakubowski
,
R.
Jaspers
,
M.
Lehnen
,
R.
Schlickeiser
,
K. H.
Spatschek
,
A.
Wingen
,
R.
Wolf
, and
TEXTOR Team
,
Nucl. Fusion
47
,
91
(
2007
).
32.
R. J.
Hastie
,
Astrophys. Space Sci.
256
,
177
(
1997
).
33.
L.
Zeng
,
H. R.
Koslowski
,
Y.
Liang
,
A.
Lvovskiy
,
M.
Lehnen
,
D.
Nicolai
,
J.
Pearson
,
M.
Rack
,
H.
Jaegers
,
K. H.
Finken
,
K.
Wongrach
, and
Y.
Xu
,
Phys. Rev. Lett.
110
,
235003
(
2013
).
34.
C.
Paz-Soldan
,
R. J.
Buttery
,
A. M.
Garofalo
,
J. M.
Hanson
,
R. J.
La Haye
,
M. J.
Lanctot
,
J.-K.
Park
,
W. M.
Solomon
, and
E. J.
Strait
, “
The spectral basis of optimal error field correction on DIII-D
,”
Nucl. Fusion
(submitted).
35.
J. E.
Rice
,
I.
Cziegler
,
P. H.
Diamond
,
B. P.
Duval
,
Y.
Podpaly
,
M.
Reinke
,
P.
Ennever
,
M.
Greenwald
,
J. W.
Hughes
,
Y.
Ma
,
E.
Marmar
,
M.
Porkolab
,
N.
Tsujii
, and
S. M.
Wolfe
,
Phys. Rev. Lett.
107
,
265001
(
2011
).
36.
R. D.
Gill
,
B.
Alper
,
M.
deBaar
,
T. C.
Hender
,
M. F.
Johnson
,
V.
Riccardo
, and
Contributors to the EFDA-JET Workprogramme
,
Nucl. Fusion
42
,
1039
(
2002
).
37.
J. H.
Yu
,
E. M.
Hollmann
,
N.
Commaux
,
N. W.
Eidietis
,
D. A.
Humphreys
,
A. N.
James
,
T. C.
Jernigan
, and
R. A.
Moyer
,
Phys. Plasmas
20
,
042113
(
2013
).
38.
M.
Bakhtiari
,
G.
Kramer
,
M.
Takechi
,
H.
Tamai
,
Y.
Miura
,
Y.
Kusama
, and
Y.
Kamada
,
Phys. Rev. Lett.
94
,
215003
(
2005
).
39.
M.
Landreman
,
A.
Stahl
, and
T.
Fulöp
,
Comput. Phys. Commun.
185
,
847
(
2014
).
40.
A.
Wingen
,
S. S.
Abdullaev
,
K. H.
Finken
,
M.
Jakubowski
, and
K. H.
Spatschek
,
Nucl. Fusion
46
,
941
(
2006
).
41.
T.
Kudyakov
,
S. S.
Abdullaev
,
S. A.
Bozhenkov
,
K. H.
Finken
,
M. W.
Jakubowski
,
M.
Lehnen
,
G.
Sewell
,
O.
Willi
, and
Y.
Xu
,
Nucl. Fusion
52
,
023025
(
2012
).
42.
M.
Forster
,
K. H.
Finken
,
T.
Kudyakov
,
M.
Lehnen
,
O.
Willi
,
Y.
Xu
, and
L.
Zeng
,
Phys. Plasmas
19
,
092513
(
2012
).
43.
W. W.
Heidbrink
,
Rev. Sci. Instrum.
57
,
1769
(
1986
).
44.
A. N.
James
,
E. M.
Hollmann
, and
G. R.
Tynan
,
Rev. Sci. Instrum.
81
,
10E306
(
2010
).
45.
R.
James
,
S.
Janz
,
R.
Ellis
,
D.
Boyd
, and
J.
Lohr
,
Rev. Sci. Instrum.
59
,
1611
(
1988
).
46.
M.
Brusati
,
D. V.
Bartlett
, and
A.
Ekedahl
,
Nucl. Fusion
34
,
23
(
1994
).
47.
C.
Fuchs
and
M. E.
Austin
,
Phys. Plasmas
8
,
1594
(
2001
).
48.
P. J.
Catto
,
J. R.
Myra
, and
A. J.
Wootton
,
Phys. Plasmas
1
,
684
(
1994
).
49.
P.
Helander
,
L.-G.
Eriksson
, and
F.
Andersson
,
Phys. Plasmas
7
,
4106
(
2000
).
50.
S.
Abdullaev
,
K. H.
Finken
,
T.
Kudyakov
, and
M.
Lehnen
,
Contrib. Plasma Phys.
50
,
929
(
2010
).
51.
S. S.
Abdullaev
,
K. H.
Finken
, and
M.
Forster
,
Phys. Plasmas
19
,
072502
(
2012
).
52.
J.
Zhang
,
W. A.
Peebles
,
T. A.
Carter
,
N. A.
Crocker
,
E. J.
Doyle
,
S.
Kubota
,
X.
Nguyen
,
T. L.
Rhodes
,
C.
Wannberg
, and
L.
Zeng
,
Rev. Sci. Instrum.
83
,
10E321
(
2012
).
53.
J.
Zhang
,
N. A.
Crocker
,
W. A.
Peebles
,
T. A.
Carter
, and
W.
Guttenfelder
,
Plasma Phys. Controlled Fusion
55
,
045011
(
2013
).
54.
A. B.
Rechester
and
M. N.
Rosenbluth
,
Phys. Rev. Lett.
40
,
38
(
1978
).
55.
J. R.
Myra
,
P. J.
Catto
,
H. E.
Mynick
, and
R. E.
Duvall
,
Phys. Fluids B: Plasma Phys.
5
,
1160
(
1993
).
56.
G.
Papp
,
M.
Drevlak
,
T.
Fülöp
, and
P.
Helander
,
Nucl. Fusion
51
,
43004
(
2011
).
57.
V. A.
Izzo
,
D. A.
Humphreys
, and
M.
Kornbluth
,
Plasma Phys. Controlled Fusion
54
,
095002
(
2012
).
You do not currently have access to this content.