Conventional field-reversed configurations (FRCs), high-beta, prolate compact toroids embedded in poloidal magnetic fields, face notable stability and confinement concerns. These can be ameliorated by various control techniques, such as introducing a significant fast ion population. Indeed, adding neutral beam injection into the FRC over the past half-decade has contributed to striking improvements in confinement and stability. Further, the addition of electrically biased plasma guns at the ends, magnetic end plugs, and advanced surface conditioning led to dramatic reductions in turbulence-driven losses and greatly improved stability. Together, these enabled the build-up of a well-confined and dominant fast-ion population. Under such conditions, highly reproducible, macroscopically stable hot FRCs (with total plasma temperature of ∼1 keV) with record lifetimes were achieved. These accomplishments point to the prospect of advanced, beam-driven FRCs as an intriguing path toward fusion reactors. This paper reviews key results and presents context for further interpretation.

1.
2.
L. C.
Steinhauer
,
Phys. Plasmas
18
,
070501
(
2011
).
3.
M. W.
Binderbauer
,
H. Y.
Guo
,
M.
Tuszewski
,
S.
Putvinski
,
L.
Sevier
,
D. C.
Barnes
,
N.
Rostoker
,
M. G.
Anderson
,
R.
Andow
,
L.
Bonelli
,
F.
Brandi
,
R.
Brown
,
D. Q.
Bui
,
V.
Bystritskii
,
F.
Ceccherini
,
R.
Clary
,
A. H.
Cheung
,
K. D.
Conroy
,
B.
Deng
,
S. A.
Dettrick
,
J. D.
Douglass
,
P.
Feng
,
L.
Galeotti
,
E.
Garate
,
F.
Giammanco
,
F. J.
Glass
,
O.
Gornostaeva
,
H.
Gota
,
D.
Gupta
,
S.
Gupta
,
J. S.
Kinley
,
K.
Knapp
,
S.
Korepanov
,
M.
Hollins
,
I.
Isakov
,
V. A.
Jose
,
X. L.
Li
,
Y.
Luo
,
P.
Marsili
,
R.
Mendoza
,
M.
Meekins
,
Y.
Mok
,
A.
Necas
,
E.
Paganini
,
F.
Pegoraro
,
R.
Pousa-Hijos
,
S.
Primavera
,
E.
Ruskov
,
A.
Qerushi
,
L.
Schmitz
,
J. H.
Schroeder
,
A.
Sibley
,
A.
Smirnov
,
Y.
Song
,
X.
Sun
,
M. C.
Thompson
,
A. D.
Van Drie
,
J. K.
Walters
, and
M. D.
Wyman
,
Phys. Rev. Lett.
105
,
045003
(
2010
).
4.
N.
Rostoker
,
F. J.
Wessel
,
H. U.
Rahman
,
B. C.
Maglich
,
B. B.
Spivey
, and
A.
Fisher
,
Phys. Rev. Lett.
70
,
1818
(
1993
).
5.
N.
Rostoker
and
M.
Binderbauer
,
Bull. Am. Phys. Soc.
38
,
1976
(
1993
).
6.
M.
Binderbauer
and
N.
Rostoker
,
J. Plasma Phys.
56
,
451
(
1996
).
7.
D. C.
Barnes
,
J. L.
Schwarzmeier
,
H. R.
Lewis
, and
C. E.
Seyler
,
Phys. Fluids
29
,
2616
(
1986
).
8.
H.
Naitou
,
T.
Kamimura
, and
J.
Dawson
,
J. Phys. Soc. Jpn.
46
,
258
(
1979
).
9.
R.
Horiuchi
and
T.
Sato
,
Phys. Fluids B
1
,
581
(
1989
).
10.
W. W.
Heidbrink
and
G. J.
Sadler
,
Nucl. Fusion
34
,
535
(
1994
).
11.
R.
Hazeltine
, “
Research Needs for Magnetic Fusion Energy Sciences Report of the Research Needs Workshop (ReNeW)
,” U.S. Department of Energy, Washington DC,
2009
, pp.
171
227
.
12.
D. N.
Hill
, “
Report of the FESAC Toroidal Alternates Panel
,” U.S. Department of Energy, Washington DC,
2008
.
13.
X.
Yang
,
H.
Gota
,
M.
Binderbauer
,
M.
Tuszewski
,
H.
Guo
,
E.
Garate
,
D.
Barnes
,
S.
Putvinski
,
T.
Tajima
, and
L.
Sevier
,
Bull. Am. Phys. Soc.
59
,
UP8.00002
(
2014
).
14.
H. Y.
Guo
,
M. W.
Binderbauer
,
D.
Barnes
,
S.
Putvinski
,
N.
Rostoker
,
L.
Sevier
,
M.
Tuszewski
,
M. G.
Anderson
,
R.
Andow
,
L.
Bonelli
,
F.
Brandi
,
R.
Brown
,
D. Q.
Bui
,
V.
Bystritskii
,
F.
Ceccherini
,
R.
Clary
,
A. H.
Cheung
,
K. D.
Conroy
,
B. H.
Deng
,
S. A.
Dettrick
,
J. D.
Douglass
,
P.
Feng
,
L.
Galeotti
,
E.
Garate
,
F.
Giammanco
,
F. J.
Glass
,
O.
Gornostaeva
,
H.
Gota
,
D.
Gupta
,
S.
Gupta
,
J. S.
Kinley
,
K.
Knapp
,
S.
Korepanov
,
M.
Hollins
,
I.
Isakov
,
V. A.
Jose
,
X. L.
Li
,
Y.
Luo
,
P.
Marsili
,
R.
Mendoza
,
M.
Meekins
,
Y.
Mok
,
A.
Necas
,
E.
Paganini
,
F.
Pegoraro
,
R.
Pousa-Hijos
,
S.
Primavera
,
E.
Ruskov
,
A.
Qerushi
,
L.
Schmitz
,
J. H.
Schroeder
,
A.
Sibley
,
A.
Smirnov
,
Y.
Song
,
L. C.
Steinhauer
,
X.
Sun
,
M. C.
Thompson
,
A. D.
Van Drie
,
J. K.
Walters
, and
M. D.
Wyman
,
Phys. Plasmas
18
,
056110
(
2011
).
15.
M.
Tuszewski
,
A.
Smirnov
,
M. C.
Thompson
,
S.
Korepanov
,
T.
Akhmetov
,
A. A.
Ivanov
,
R.
Voskoboynikov
,
L.
Schmitz
,
D.
Barnes
,
M. W.
Binderbauer
,
R.
Brown
,
D. Q.
Bui
,
R.
Clary
,
K. D.
Conroy
,
B. H.
Deng
,
S. A.
Dettrick
,
J. D.
Douglass
,
E.
Garate
,
F. J.
Glass
,
H.
Gota
,
H. Y.
Guo
,
D.
Gupta
,
S.
Gupta
,
J. S.
Kinley
,
K.
Knapp
,
A.
Longman
,
M.
Hollins
,
X. L.
Li
,
Y.
Luo
,
R.
Mendoza
,
Y.
Mok
,
A.
Necas
,
S.
Primavera
,
E.
Ruskov
,
J. H.
Schroeder
,
L.
Sevier
,
A.
Sibley
,
Y.
Song
,
X.
Sun
,
E.
Trask
,
A. D.
Van Drie
,
J. K.
Walters
, and
M. D.
Wyman
,
Phys. Rev. Lett.
108
,
255008
(
2012
).
16.
M.
Tuszewski
,
A.
Smirnov
,
M. C.
Thompson
,
T.
Akhmetov
,
A. A.
Ivanov
,
R.
Voskoboynikov
,
D.
Barnes
,
M. W.
Binderbauer
,
R.
Brown
,
D. Q.
Bui
,
R.
Clary
,
K. D.
Conroy
,
B. H.
Deng
,
S. A.
Dettrick
,
J. D.
Douglass
,
E.
Garate
,
F. J.
Glass
,
H.
Gota
,
H. Y.
Guo
,
D.
Gupta
,
S.
Gupta
,
J. S.
Kinley
,
K.
Knapp
,
S.
Korepanov
,
A.
Longman
,
M.
Hollins
,
X. L.
Li
,
Y.
Luo
,
R.
Mendoza
,
Y.
Mok
,
A.
Necas
,
S.
Primavera
,
E.
Ruskov
,
L.
Schmitz
,
J. H.
Schroeder
,
L.
Sevier
,
A.
Sibley
,
Y.
Song
,
X.
Sun
,
E.
Trask
,
A. D.
Van Drie
,
J. K.
Walters
, and
M. D.
Wyman
,
Phys. Plasmas
19
,
056108
(
2012
).
17.
G. I.
Dimov
,
A. A.
Ivanov
, and
G. V.
Roslyakov
,
Sov. J. Plasma Phys.
8
,
546
(
1982
).
18.
T. D.
Akhmetov
,
V. S.
Belkin
,
I. O.
Bespamyatnov
,
V. I.
Davydenko
,
G. I.
Dimov
,
Yu. V.
Kovalenko
,
A. S.
Krivenko
,
P. A.
Potashov
,
V. V.
Razorenov
,
V. B.
Reva
,
V. Ya.
Savkin
, and
G. I.
Shulzhenko
,
Trans. Fusion Sci. Technol.
43
,
58
(
2003
).
19.
L.
Galeotti
,
D. C.
Barnes
,
F.
Ceccherini
, and
F.
Pegoraro
,
Phys. Plasmas
18
,
082509
(
2011
).
20.
M. C.
Thompson
,
B. H.
Deng
,
J. D.
Douglas
,
D.
Gupta
,
J. S.
Kinley
,
A.
Necas
,
X.
Sun
,
A. D.
VanDrie
, and
M. D.
Wyman
,
Bull. Am. Phys. Soc.
56
,
CP9.00100
(
2011
).
21.
E.
Garate
,
N.
Bolte
,
D. K.
Gupta
,
H.
Gota
,
I.
Allfrey
,
J.
Kinley
, and
K.
Knapp
,
Bull. Am. Phys. Soc.
59
,
UP8.00009
(
2014
).
22.
A.
Sorokin
,
V.
Belov
,
V.
Davydenko
,
P.
Deichuli
,
A.
Ivanov
,
A.
Podyminogin
,
I.
Shikhovtsev
,
G.
Shulzhenko
,
N.
Stupishin
, and
M.
Tiunov
,
Rev. Sci. Instrum.
81
,
02B108
(
2010
).
23.
H.
Gota
,
M. C.
Thompson
,
M.
Tuszewski
, and
M. W.
Binderbauer
,
Rev. Sci. Instrum.
85
,
11D836
(
2014
).
24.
F.
Glass
,
B. H.
Deng
,
E.
Garate
,
O.
Gornostaeva
, and
J.
Schroeder
,
Rev. Sci. Instrum.
81
,
10D506
(
2010
);
[PubMed]
K.
Zhai
,
B.
Deng
,
J.
Kinley
, and
J.
Schroeder
,
Bull. Am. Phys. Soc.
58
,
GP8.00041
(
2013
).
25.
O.
Gornostaeva
,
B. H.
Deng
,
E.
Garate
,
H.
Gota
,
J.
Kinley
,
J.
Schroeder
, and
M.
Tuszewski
,
Rev. Sci. Instrum.
81
,
10D516
(
2010
);
[PubMed]
B. H.
Deng
,
J. S.
Kinley
, and
J.
Schroeder
,
Rev. Sci. Instrum.
83
,
10E339
(
2012
).
[PubMed]
26.
F.
Brandi
and
F.
Giammanco
,
Opt. Lett.
32
,
2327
(
2007
);
[PubMed]
F.
Brandi
,
F.
Giammanco
,
W. S.
Harris
,
T.
Roche
,
E.
Trask
, and
F. J.
Wessel
,
Rev. Sci. Instrum.
80
,
113501
(
2009
).
[PubMed]
27.
M. C.
Thompson
,
J. D.
Douglass
,
P.
Feng
,
K.
Knapp
,
Y.
Luo
,
R.
Mendoza
,
V.
Patel
,
M.
Tuszewski
, and
A. D.
Van Drie
,
Rev. Sci. Instrum.
83
,
10D709
(
2012
).
28.
D.
Osin
,
D.
Gupta
,
S.
Korepanov
,
M.
Onofri
,
S.
Gupta
, and
S.
Dettrick
,
Bull. Am. Phys. Soc.
58
,
GP8.00040
(
2013
).
29.
D. K.
Gupta
,
B. H.
Deng
,
K.
Knapp
,
X.
Sun
, and
M. C.
Thompson
,
Rev. Sci. Instrum.
83
,
10D534
(
2012
).
30.
D. K.
Gupta
,
E.
Paganini
,
A.
Balvis
,
L.
Bonelli
,
B. H.
Deng
,
F.
Giammanco
,
O.
Gornostaeva
,
R.
Hayashi
,
K.
Knapp
,
P.
Marsili
,
M.
McKenzie
,
R.
Pousa-Hijos
,
S.
Primavera
,
J.
Schroeder
, and
M.
Tuszewski
,
Rev. Sci. Instrum.
81
,
10D737
(
2010
).
31.
D.
Osin
,
J.
Douglass
, and
M.
Tuszewski
,
Bull. Am. Phys. Soc.
59
,
UP8.00016
(
2014
).
32.
J.
Douglass
,
Bull. Am. Phys. Soc.
55
,
GP9.00096
(
2010
).
33.
S.
Korepanov
,
A.
Smirnov
,
R.
Clary
,
S.
Dettrick
,
P.
Deichuli
,
A.
Kondakov
, and
S.
Murakhtin
,
Rev. Sci. Instrum.
83
,
10D720
(
2012
).
34.
R.
Clary
,
A.
Smirnov
,
S.
Dettrick
,
K.
Knapp
,
S.
Korepanov
,
E.
Ruskov
,
W. W.
Heidbrink
, and
Y.
Zhu
,
Rev. Sci. Instrum.
83
,
10D713
(
2012
).
35.
E.
Ruskov
,
M.
Tuszewski
,
Y.
Zhu
, and
W.
Heidbrink
,
Bull. Am. Phys. Soc.
55
,
GP9.00103
(
2010
);
E.
Garate
,
I.
Allfrey
,
T.
Valentine
,
V.
Patel
,
A.
Smirnov
,
S.
Korepanov
,
R.
Clary
, and
M.
Thompson
,
Bull. Am. Phys. Soc.
57
,
PP8.00045
(
2012
).
36.
R. M.
Magee
,
R.
Clary
,
S.
Korepanov
,
A.
Smirnov
,
E.
Garate
,
K.
Knapp
, and
A.
Tkachev
,
Rev. Sci. Instrum.
85
,
11D851
(
2014
).
37.
B. H.
Deng
,
J. S.
Kinley
,
K.
Knapp
,
P.
Feng
,
C.
Weixel
,
S.
Armstrong
,
R.
Hayashi
,
A.
Longman
,
R.
Mendoza
,
H.
Gota
, and
M.
Tuszewski
,
Rev. Sci. Instrum.
85
,
11D401
(
2014
).
38.
L.
Schmitz
,
E.
Ruskov
,
B. H.
Deng
,
H.
Gota
,
D.
Gupta
,
M.
Tuszewski
,
J.
Douglas
,
W. A.
Peebles
,
M.
Binderbauer
, and
T.
Tajima
,
Rev. Sci. Instrum.
85
,
11D840
(
2014
).
39.
T.
Roche
,
X.
Sun
,
S.
Armstrong
,
K.
Knapp
, and
M.
Slepchenkov
,
Rev. Sci. Instrum.
85
,
11D824
(
2014
).
40.
H.
Gota
,
M. C.
Thompson
,
K.
Knapp
,
A. D.
Van Drie
,
B. H.
Deng
,
R.
Mendoza
,
H. Y.
Guo
, and
M.
Tuszewski
,
Rev. Sci. Instrum.
83
,
10D706
(
2012
).
41.
K.
Zhai
,
J.
Kinley
,
H.
Zhang
, and
B.
LeBlanc
,
Bull. Am. Phys. Soc.
59
,
UP8.00007
(
2014
).
42.
D.
Gupta
,
E.
Granstedt
,
S.
Gupta
,
R.
Magee
,
D.
Osin
, and
M.
Tuszewski
,
Bull. Am. Phys. Soc.
59
,
UP8.00014
(
2014
).
43.
D.
Stotler
and
C.
Karney
,
Contrib. Plasma Phys.
34
,
392
(
1994
).
44.
M.
Thompson
,
R.
Clary
,
S.
Korepanov
,
A.
Longman
,
A.
Sibley
,
A.
Smirnov
, and
M.
Tuszewski
,
Bull. Am. Phys. Soc.
57
,
PP8.00041
(
2012
);
R.
Magee
,
R.
Clary
,
S.
Dettrick
,
S.
Korepanov
,
M.
Onofri
, and
A.
Smirnov
,
Bull. Am. Phys. Soc.
58
,
GP8.00043
(
2013
).
45.
S.
Gupta
,
S.
Dettrick
, and
D. C.
Barnes
,
Bull. Am. Phys. Soc.
56
,
CP9.00094
(
2011
);
S.
Gupta
,
S.
Dettrick
, and
D.
Barnes
,
Bull. Am. Phys. Soc.
58
,
GP8.00049
(
2013
);
S.
Gupta
,
S.
Dettrick
,
D.
Barnes
,
T.
Tajima
, and
E.
Trask
,
Bull. Am. Phys. Soc.
59
,
UP8.00070
(
2014
).
46.
M. N.
Rosenbluth
and
M. N.
Bussac
,
Nucl. Fusion
19
,
489
(
1979
);
D.
Barnes
,
C.
Seyler
, and
D.
Anderson
, in
Proceedings of US-Japan Joint Symposium on Compact Toruses and Energetic Particle Injection, Princeton, NJ, 1979
(
Princeton Plasma Physics Laboratory
,
Princeton University
,
1979
), p.
110
;
47.
S.
Ohi
,
T.
Minato
,
Y.
Kawakami
,
M.
Tanjyo
,
S.
Okada
,
Y.
Ito
,
M.
Kako
,
S.
Goto
,
T.
Ishimura
, and
H.
Ito
,
Phys. Rev. Lett.
51
,
1042
(
1983
).
48.
A.
Smirnov
,
S.
Dettrick
,
R.
Clary
,
S.
Korepanov
,
M.
Thompson
,
E.
Trask
, and
M.
Tuszewski
,
Bull. Am. Phys. Soc.
57
,
PP8.00042
(
2012
).
49.
F.
Zhong
,
Y.
Petrov
, and
T.
Huang
,
Phys. Plasmas
11
,
L1
(
2004
).
50.
A. W.
Carlson
,
Phys. Fluids
30
,
1497
(
1987
).
51.
J.
Wesson
,
Tokamaks
, 4th ed. (
Oxford University Press
,
Oxford, UK
,
2011
), p.
180
.
52.
D.
Fulton
,
C.
Lau
,
I.
Holod
,
Z.
Lin
,
S.
Dettrick
,
M.
Binderbauer
, and
T.
Tajima
,
Bull. Am. Phys. Soc.
59
,
UP8.00006
(
2014
).
53.
S. M.
Kaye
,
F. M.
Levinton
,
D.
Stutman
,
K.
Tritz
,
H.
Yuh
,
M. G.
Bell
,
R. E.
Bell
,
C. W.
Domier
,
D.
Gates
,
W.
Horton
,
J.
Kim
,
B. P.
LeBlanc
,
N. C.
Luhmann
,Jr.
,
R.
Maingi
,
E.
Mazzucato
,
J. E.
Menard
,
D.
Mikkelsen
,
D.
Mueller
,
H.
Park
,
G.
Rewoldt
,
S. A.
Sabbagh
,
D. R.
Smith
, and
W.
Wang
,
Nucl. Fusion
47
,
499
(
2007
);
S. M.
Kaye
,
S.
Gerhardt
,
W.
Guttenfelder
,
R.
Maingi
,
R. E.
Bell
,
A.
Diallo
,
B. P.
LeBlanc
, and
M.
Podesta
,
Nucl. Fusion
53
,
063005
(
2013
).
54.
L.
Schmitz
,
B.
Deng
,
H.
Gota
,
T.
Tajima
,
D.
Gupta
,
J.
Douglass
,
M.
Binderbauer
, and
E.
Ruskov
,
Bull. Am. Phys. Soc.
59
,
UP8.00013
(
2014
).
55.
Y.
Kishimoto
,
J-Y.
Kim
,
T.
Fukuda
,
S.
Ishida
,
T.
Fujita
,
T.
Tajima
,
W.
Horton
,
G.
Furnish
, and
M. J.
LeBrun
, in
Proceedings of the 6th IAEA Fusion Energy Conference, Montreal, 1996
(International Atomic Energy Agency, Vienna,
1997
), Vol. 2, p.
581
;
Y.
Kishimoto
,
T.
Tajima
,
W.
Horton
,
M. J.
LeBrun
, and
J.-Y.
Kim
,
Phys. Plasmas
3
,
1289
(
1996
).
56.
T.
Matsumoto
,
J.
Sekiguchi
,
T.
Asai
,
H.
Gota
,
E.
Garate
,
I.
Allfrey
,
T.
Valentine
,
B.
Smith
, and
M.
Morehouse
,
Bull. Am. Phys. Soc.
59
,
UP8.00008
(
2014
).
You do not currently have access to this content.