Validating the calculations of kinetic resistive wall mode (RWM) stability is important for confidently predicting RWM stable operating regions in ITER and other high performance tokamaks for disruption avoidance. Benchmarking the calculations of the Magnetohydrodynamic Resistive Spectrum—Kinetic (MARS-K) [Y. Liu et al., Phys. Plasmas 15, 112503 (2008)], Modification to Ideal Stability by Kinetic effects (MISK) [B. Hu et al., Phys. Plasmas 12, 057301 (2005)], and Perturbed Equilibrium Nonambipolar Transport (PENT) [N. Logan et al., Phys. Plasmas 20, 122507 (2013)] codes for two Solov'ev analytical equilibria and a projected ITER equilibrium has demonstrated good agreement between the codes. The important particle frequencies, the frequency resonance energy integral in which they are used, the marginally stable eigenfunctions, perturbed Lagrangians, and fluid growth rates are all generally consistent between the codes. The most important kinetic effect at low rotation is the resonance between the mode rotation and the trapped thermal particle's precession drift, and MARS-K, MISK, and PENT show good agreement in this term. The different ways the rational surface contribution was treated historically in the codes is identified as a source of disagreement in the bounce and transit resonance terms at higher plasma rotation. Calculations from all of the codes support the present understanding that RWM stability can be increased by kinetic effects at low rotation through precession drift resonance and at high rotation by bounce and transit resonances, while intermediate rotation can remain susceptible to instability. The applicability of benchmarked kinetic stability calculations to experimental results is demonstrated by the prediction of MISK calculations of near marginal growth rates for experimental marginal stability points from the National Spherical Torus Experiment (NSTX) [M. Ono et al., Nucl. Fusion 40, 557 (2000)].

1.
M. S.
Chu
and
M.
Okabayashi
,
Plasma Phys. Controlled Fusion
52
,
123001
(
2010
).
2.
E.
Strait
,
T.
Taylor
,
A.
Turnbull
,
J.
Ferron
,
L.
Lao
,
B.
Rice
,
O.
Sauter
,
S.
Thompson
, and
D.
Wroblewski
,
Phys. Rev. Lett.
74
,
2483
(
1995
).
3.
S. A.
Sabbagh
,
A. C.
Sontag
,
J. M.
Bialek
,
D. A.
Gates
,
A. H.
Glasser
,
J. E.
Menard
,
W.
Zhu
,
M. G.
Bell
,
R. E.
Bell
,
A.
Bondeson
,
C. E.
Bush
,
J. D.
Callen
,
M. S.
Chu
,
C. C.
Hegna
,
S. M.
Kaye
,
L. L.
Lao
,
B. P.
LeBlanc
,
Y. Q.
Liu
,
R.
Maingi
,
D.
Mueller
,
K. C.
Shaing
,
D.
Stutman
,
K.
Tritz
, and
C.
Zhang
,
Nucl. Fusion
46
,
635
(
2006
).
4.
A.
Bondeson
and
D.
Ward
,
Phys. Rev. Lett.
72
,
2709
(
1994
).
5.
R.
Betti
and
J. P.
Freidberg
,
Phys. Rev. Lett.
74
,
2949
(
1995
).
6.
R.
Fitzpatrick
and
A. Y.
Aydemir
,
Nucl. Fusion
36
,
11
(
1996
).
7.
A. C.
Sontag
,
S. A.
Sabbagh
,
W.
Zhu
,
J. E.
Menard
,
R. E.
Bell
,
J. M.
Bialek
,
M. G.
Bell
,
D. A.
Gates
,
A. H.
Glasser
,
B. P.
LeBlanc
,
K. C.
Shaing
,
D.
Stutman
, and
K.
Tritz
,
Nucl. Fusion
47
,
1005
(
2007
).
8.
H.
Reimerdes
,
A. M.
Garofalo
,
G. L.
Jackson
,
M.
Okabayashi
,
E. J.
Strait
,
M. S.
Chu
,
Y.
In
,
R. J. L.
Haye
,
M.
Lanctot
,
Y.
Liu
,
G.
Navratil
,
W.
Solomon
,
H.
Takahashi
, and
R.
Groebner
,
Phys. Rev. Lett.
98
,
055001
(
2007
).
9.
H.
Reimerdes
,
A. M.
Garofalo
,
M.
Okabayashi
,
E. J.
Strait
,
R.
Betti
,
M. S.
Chu
,
B.
Hu
,
Y.
In
,
G. L.
Jackson
,
R. L.
Haye
,
M.
Lanctot
,
Y.
Liu
,
G.
Navratil
,
W.
Solomon
,
H.
Takahashi
,
R.
Groebner
, and
DIII-D Team
,
Plasma Phys. Controlled Fusion
49
,
B349
(
2007
).
10.
B.
Hu
and
R.
Betti
,
Phys. Rev. Lett.
93
,
105002
(
2004
).
11.
B.
Hu
,
R.
Betti
, and
J.
Manickam
,
Phys. Plasmas
12
,
057301
(
2005
).
12.
B.
Hu
,
R.
Betti
, and
J.
Manickam
,
Phys. Plasmas
13
,
112505
(
2006
).
13.
Y.
Liu
,
M. S.
Chu
,
C. G.
Gimblett
, and
R. J.
Hastie
,
Phys. Plasmas
15
,
092505
(
2008
).
14.
Y.
Liu
,
M. S.
Chu
,
I. T.
Chapman
, and
T. C.
Hender
,
Phys. Plasmas
15
,
112503
(
2008
).
15.
Y.
Liu
,
M. S.
Chu
,
I. T.
Chapman
, and
T. C.
Hender
,
Nucl. Fusion
49
,
035004
(
2009
).
16.
I. T.
Chapman
,
V. G.
Igochine
,
J. P.
Graves
,
S. D.
Pinches
,
A.
Gude
,
I.
Jenkins
,
M.
Maraschek
, and
G.
Tardini
,
Nucl. Fusion
49
,
035006
(
2009
).
17.
I. T.
Chapman
,
C. G.
Gimblett
,
M. P.
Gryaznevich
,
T. C.
Hender
,
D. F.
Howell
,
Y. Q.
Liu
, and
S. D.
Pinches
,
Plasma Phys. Controlled Fusion
51
,
055015
(
2009
).
18.
Y.
Liu
,
I. T.
Chapman
,
M. S.
Chu
,
H.
Reimerdes
,
F.
Villone
,
R.
Albanese
,
G.
Ambrosino
,
A. M.
Garofalo
,
C. G.
Gimblett
,
R. J.
Hastie
,
T. C.
Hender
,
G. L.
Jackson
,
R. J. L.
Haye
,
M.
Okabayashi
,
A.
Pironti
,
A.
Portone
,
G.
Rubinacci
, and
E. J.
Strait
,
Phys. Plasmas
16
,
056113
(
2009
).
19.
S. A.
Sabbagh
,
J. W.
Berkery
,
R. E.
Bell
,
J. M.
Bialek
,
S. P.
Gerhardt
,
J. E.
Menard
,
R.
Betti
,
D. A.
Gates
,
B.
Hu
,
O. N.
Katsuro-Hopkins
,
B. P.
LeBlanc
,
F. M.
Levinton
,
J.
Manickam
,
K.
Tritz
, and
H.
Yuh
,
Nucl. Fusion
50
,
025020
(
2010
).
20.
J. W.
Berkery
,
S. A.
Sabbagh
,
R.
Betti
,
B.
Hu
,
R. E.
Bell
,
S. P.
Gerhardt
,
J.
Manickam
, and
K.
Tritz
,
Phys. Rev. Lett.
104
,
035003
(
2010
).
21.
J. W.
Berkery
,
S. A.
Sabbagh
,
H.
Reimerdes
,
R.
Betti
,
B.
Hu
,
R. E.
Bell
,
S. P.
Gerhardt
,
J.
Manickam
, and
M.
Podesta
,
Phys. Plasmas
17
,
082504
(
2010
).
22.
J. W.
Berkery
,
S. A.
Sabbagh
,
R.
Betti
,
R. E.
Bell
,
S. P.
Gerhardt
,
B. P.
LeBlanc
, and
H.
Yuh
,
Phys. Rev. Lett.
106
,
075004
(
2011
).
23.
Y. S.
Park
,
S. A.
Sabbagh
,
J. W.
Berkery
,
J. M.
Bialek
,
Y. M.
Jeon
,
S. H.
Hahn
,
N.
Eidietis
,
T. E.
Evans
,
S. W.
Yoon
,
J.
Ahn
,
J.
Kim
,
H. L.
Yang
,
K. I.
You
,
Y. S.
Bae
,
J.
Chung
,
M.
Kwon
,
Y. K.
Oh
,
W.
Kim
,
J. Y.
Kim
,
S. G.
Lee
,
H. K.
Park
,
H.
Reimerdes
,
J.
Leuer
, and
M.
Walker
,
Nucl. Fusion
51
,
053001
(
2011
).
24.
J. W.
Berkery
,
R.
Betti
, and
S. A.
Sabbagh
,
Phys. Plasmas
18
,
072501
(
2011
).
25.
H.
Reimerdes
,
J. W.
Berkery
,
M. J.
Lanctot
,
A. M.
Garofalo
,
J. M.
Hanson
,
Y.
In
,
M.
Okabayashi
,
S. A.
Sabbagh
, and
E. J.
Strait
,
Phys. Rev. Lett.
106
,
215002
(
2011
).
26.
G. Z.
Hao
,
Y. Q.
Liu
,
A. K.
Wang
,
H. B.
Jiang
,
G.
Lu
,
H. D.
He
, and
X. M.
Qiu
,
Phys. Plasmas
18
,
032513
(
2011
).
27.
D.
Yadykin
,
Y. Q.
Liu
, and
R.
Paccagnella
,
Plasma Phys. Controlled Nucl. Fusion
53
,
085024
(
2011
).
28.
I. T.
Chapman
,
C. G.
Gimblett
,
M. P.
Gryaznevich
,
T. C.
Hender
,
D. F.
Howell
,
Y. Q.
Liu
, and
S. D.
Pinches
,
Plasma Phys. Controlled Fusion
53
,
065022
(
2011
).
29.
I. T.
Chapman
,
W. A.
Cooper
,
J. P.
Graves
,
M. P.
Gryaznevich
,
R. J.
Hastie
,
T. C.
Hender
,
D. F.
Howell
,
M. D.
Hua
,
G. T. A.
Huysmans
,
D. L.
Keeling
,
Y. Q.
Liu
,
H. F.
Meyer
,
C. A.
Michael
,
S. D.
Pinches
,
S.
Saarelma
, and
S.
Sabbagh
,
Nucl. Fusion
51
,
073040
(
2011
).
30.
G. Z.
Hao
,
A. K.
Wang
,
Y. Q.
Liu
, and
X. M.
Qiu
,
Phys. Rev. Lett.
107
,
015001
(
2011
).
31.
Z. R.
Wang
,
S. C.
Guo
, and
Y. Q.
Liu
,
Phys. Plasmas
19
,
072518
(
2012
).
32.
I. T.
Chapman
,
Y. Q.
Liu
,
O.
Asunta
,
J. P.
Graves
,
T.
Johnson
, and
M.
Jucker
,
Phys. Plasmas
19
,
052502
(
2012
).
33.
Y. Q.
Liu
,
I. T.
Chapman
,
J. P.
Graves
,
G. Z.
Hao
,
Z. R.
Wang
,
J. E.
Menard
,
M.
Okabayashi
,
E. J.
Strait
, and
A.
Turnbull
,
Phys. Plasmas
21
,
056105
(
2014
).
34.
J. W.
Berkery
,
S. A.
Sabbagh
,
A.
Balbaky
,
R. E.
Bell
,
R.
Betti
,
A.
Diallo
,
S. P.
Gerhardt
,
B. P.
LeBlanc
,
J.
Manickam
,
J. E.
Menard
, and
M.
Podesta
,
Phys. Plasmas
21
,
056112
(
2014
).
35.
I. B.
Bernstein
,
E. A.
Frieman
,
M. D.
Kruskal
, and
R. M.
Kulsrud
,
Proc. R. Soc. London, Ser. A
244
,
17
(
1958
).
36.
J. W.
Van Dam
,
M. N.
Rosenbluth
, and
Y. C.
Lee
,
Phys. Fluids
25
,
1349
(
1982
).
37.
T.
Antonsen
, “
Kinetic energy principles
,”
Theory of Fusion Plasmas
(
Editrice Compositori
,
Bologna
,
1987
), pp.
161
183
.
38.
T.
Antonsen
,
B.
Lane
, and
J.
Ramos
,
Phys. Fluids
24
,
1465
(
1981
).
39.
T.
Antonsen
and
Y.
Lee
,
Phys. Fluids
25
,
132
(
1982
).
40.
J. W.
Van Dam
,
J. Korean Phys. Soc.
31
,
S93
(
1997
).
41.
S.
Haney
and
J.
Freidberg
,
Phys. Fluids B
1
,
1637
(
1989
).
42.
R.
Grimm
,
J.
Greene
, and
J.
Johnson
, “
Computation of the magnetohydrodynamic spectrum in axisymmetric toroidal confinement systems
,”
Methods in Computational Physics
(
Academic Press
,
New York
,
1976
), Vol.
16
, pp.
253
280
.
43.
Y.
Liu
,
M. S.
Chu
,
W. F.
Guo
,
F.
Villone
,
R.
Albanese
,
G.
Ambrosino
,
M.
Baruzzo
,
T.
Bolzonella
,
I. T.
Chapman
,
A. M.
Garofalo
,
C. G.
Gimblett
,
R. J.
Hastie
,
T. C.
Hender
,
G. L.
Jackson
,
R. J. L.
Haye
,
M. J.
Lanctot
,
Y.
In
,
G.
Marchiori
,
M.
Okabayashi
,
R.
Paccagnella
,
M. F.
Palumbo
,
A.
Pironti
,
H.
Reimerdes
,
G.
Rubinacci
,
A.
Soppelsa
,
E. J.
Strait
,
S.
Ventre
, and
D.
Yadykin
,
Plasma Phys. Controlled Fusion
52
,
104002
(
2010
).
44.
N. C.
Logan
,
J.-K.
Park
,
K.
Kim
,
Z.
Wang
, and
J. W.
Berkery
,
Phys. Plasmas
20
,
122507
(
2013
).
45.
I. T.
Chapman
,
S. E.
Sharapov
,
G. T. A.
Huysmans
, and
A. B.
Mikhailovskii
,
Phys. Plasmas
13
,
062511
(
2006
).
46.
S. D.
Pinches
,
L. C.
Appel
,
J.
Candy
,
S. E.
Sharapov
,
H. L.
Berk
,
D.
Borba
,
B. N.
Briezman
,
T. C.
Hender
,
K. I.
Hopcraft
,
G. T. A.
Huysmans
, and
W.
Kerner
,
Comput. Phys. Commun.
111
,
133
(
1998
).
47.
M.
Ono
,
S. M.
Kaye
,
Y. K.
Peng
,
G.
Barnes
,
W.
Blanchard
,
M. D.
Carter
,
J.
Chrzanowski
,
L.
Dudek
,
R.
Ewig
,
D.
Gates
,
R. E.
Hatcher
,
T.
Jarboe
,
S. C.
Jardin
,
D.
Johnson
,
R.
Kaita
,
M.
Kalish
,
C. E.
Kessel
,
H. W.
Kugel
,
R.
Maingi
,
R.
Majeski
,
J.
Manickam
,
B.
McCormack
,
J.
Menard
,
D.
Mueller
,
B. A.
Nelson
,
B. E.
Nelson
,
C.
Neumeyer
,
G.
Oliaro
,
F.
Paoletti
,
R.
Parsells
,
E.
Perry
,
N.
Pomphrey
,
S.
Ramakrishnan
,
R.
Raman
,
G.
Rewoldt
,
J.
Robinson
,
A. L.
Roquemore
,
P.
Ryan
,
S.
Sabbagh
,
D.
Swain
,
E. J.
Synakowski
,
M.
Viola
,
M.
Williams
, and
J. R.
Wilson
,
Nucl. Fusion
40
,
557
(
2000
).
48.
S. A.
Sabbagh
,
J. W.
Berkery
,
R. E.
Bell
,
J. M.
Bialek
,
S. P.
Gerhardt
,
J. E.
Menard
,
R.
Betti
,
D. A.
Gates
,
B.
Hu
,
O. N.
Katsuro-Hopkins
,
B. P.
LeBlanc
,
F. M.
Levinton
,
J.
Manickam
,
K.
Tritz
, and
H.
Yuh
, in
Proceedings of the 22nd IAEA Fusion Energy Conference, Geneva, Switzerland
(
International Atomic Energy Agency
,
Vienna
,
2008
), Vol.
1
, Paper No.
EX
5
.
49.
S. A.
Sabbagh
and NSTX Team,
Nucl. Fusion
53
,
104007
(
2013
).
50.
Z. R.
Wang
,
S. C.
Guo
,
Y. Q.
Liu
, and
M. S.
Chu
,
Nucl. Fusion
52
,
063001
(
2012
).
51.
S. C.
Guo
,
X. Y.
Xu
,
Z. R.
Wang
, and
Y. Q.
Liu
,
Nucl. Fusion
53
,
113035
(
2013
).
52.
K. C.
Shaing
,
S. P.
Hirshman
, and
J. D.
Callen
,
Phys. Fluids
29
,
521
(
1986
).
53.
J.
Park
,
Phys. Plasmas
18
,
110702
(
2011
).
54.
Z. R.
Wang
,
J.-K.
Park
,
Y. Q.
Liu
,
N.
Logan
,
K.
Kim
, and
J. E.
Menard
,
Phys. Plasmas
21
,
042502
(
2014
).
55.
J.
Park
,
A. H.
Boozer
, and
A. H.
Glasser
,
Phys. Plasmas
14
,
052110
(
2007
).
56.
A.
Glasser
and
M.
Chance
,
Bull. Am. Phys. Soc.
42
,
1848
(
1997
).
57.
J.
Park
,
M. J.
Schaffer
,
J. E.
Menard
, and
A. H.
Boozer
,
Phys. Rev. Lett.
99
,
195003
(
2007
).
58.
J.
Park
,
A. H.
Boozer
,
J. E.
Menard
,
S. P.
Gerhardt
, and
S. A.
Sabbagh
,
Phys. Plasmas
16
,
082512
(
2009
).
59.
S. P.
Gerhardt
,
J. E.
Menard
,
J.-K.
Park
,
R. E.
Bell
,
D. A.
Gates
,
B. P.
LeBlanc
,
S. A.
Sabbagh
, and
H.
Yuh
,
Plasma Phys. Controlled Nucl. Fusion
52
,
104003
(
2010
).
60.
A. M.
Garofalo
,
W. M.
Solomon
,
J.-K.
Park
,
K. H.
Burrell
,
J. C.
DeBoo
,
M. J.
Lanctot
,
G. R.
McKee
,
H.
Reimerdes
,
L.
Schmitz
,
M. J.
Schaffer
, and
P. B.
Snyder
,
Nucl. Fusion
51
,
083018
(
2011
).
61.
J.
Park
,
Y. M.
Jeon
,
J. E.
Menard
,
W. H.
Ko
,
S. G.
Lee
,
Y. S.
Bae
,
M.
Joung
,
K.-I.
You
,
K.-D.
Lee
,
N.
Logan
,
K.
Kim
,
J. S.
Ko
,
S.
Yoon
,
S. H.
Hahn
,
J. H.
Kim
,
W. C.
Kim
,
Y.-K.
Oh
, and
J.-G.
Kwak
,
Phys. Rev. Lett.
111
,
095002
(
2013
).
62.
L.
Solov'ev
,
Zh. Eksp. Teor. Fiz.
53
,
626
(
1967
).
63.
M. S.
Chance
,
J. M.
Greene
,
R. C.
Grimm
,
J. L.
Johnson
,
J.
Manickam
,
W.
Kerner
,
D.
Berger
,
L. C.
Bernard
,
R.
Gruber
, and
F.
Troyon
,
J. Comput. Phys.
28
,
1
(
1978
).
64.
Y.
Liu
,
R. J.
Hastie
, and
T. C.
Hender
,
Phys. Plasmas
19
,
092510
(
2012
).
65.
F.
Villone
,
Y.
Liu
,
G.
Rubinacci
, and
S.
Ventre
,
Nucl. Fusion
50
,
125011
(
2010
).
66.
A.
Bondeson
and
M. S.
Chu
,
Phys. Plasmas
3
,
3013
(
1996
).
67.
M.
Rosenbluth
and
M. L.
Sloan
,
Phys. Fluids
14
,
1725
(
1971
).
68.
L. J.
Zheng
,
M.
Kotschenreuther
, and
M. S.
Chu
,
Phys. Rev. Lett.
95
,
255003
(
2005
).
69.
M.
Chance
,
Phys. Plasmas
4
,
2161
(
1997
).
70.
J.-K.
Park
, “
Ideal perturbed equilibria in tokamaks
,” Ph.D. thesis (
Princeton University
,
2009
).
You do not currently have access to this content.