Strong impacts of drifts on the divertor plasma in–out asymmetry and detachment are demonstrated in DIII-D with an open divertor configuration. For forward toroidal field, BT, i.e., with the ion B × ∇B drift toward the divertor, the particle flux to the inner divertor, as represented by the Langmuir probe measured ion saturation current (Jsat), exhibits a double peak structure, with electron temperature, lower at the inner target. Reversing the BT direction reverses both the radial and poloidal E × B flows, leading to a broad particle flux profile in the outboard scrape-off layer (SOL) with a similar double-peak structure to that observed at the inner target with forward BT. The correlation of a double peak structure with divertor temperature profiles confirms physical coupling between the drift flow and sheath boundary condition and their strong impact on divertor profiles. In addition, under reversed BT conditions, increasing the density flattens the target temperature profile. However, Jsat remains high away from the strike point, rendering it difficult to achieve an “effective” detached plasma, i.e., with effective reduction in both peak heat flux and peak temperature (in the far SOL). In contrast, divertor detachment with a cold and flat temperature profile can be achieved at both target plates with the forward BT.

1.
A.
Loarte
,
B.
Lipschultz
,
A. S.
Kukushkin
,
G. F.
Matthews
,
P. C.
Stangeby
,
N.
Asakura
,
G. F.
Counsell
,
G.
Federici
,
A.
Kallenbach
,
K.
Krieger
,
A.
Mahdavi
,
V.
Philipps
,
D.
Reiter
,
J.
Roth
,
J.
Strachan
,
D.
Whyte
,
R.
Doerner
,
T.
Eich
,
W.
Fundamenski
,
A.
Herrmann
,
M.
Fenstermacher
,
P.
Ghendrih
,
M.
Groth
,
A.
Kirschner
,
S.
Konoshima
,
B.
LaBombard
,
P.
Lang
,
A. W.
Leonard
,
P.
Monier-Garbet
,
R.
Neu
,
H.
Pacher
,
B.
Pegourie
,
R. A.
Pitts
,
S.
Takamura
,
J.
Terry
,
E.
Tsitrone
,
I. S.
Layer
, and D.P.T. Group
,
Nucl. Fusion
47
,
S203
(
2007
).
2.
P. C.
Stangeby
,
The Plasma Boundary of Magnetic Fusion Devices
(
IOP Publishing
,
Bristol
,
2000
).
3.
H. Q.
Wang
,
H. Y.
Guo
,
G. S.
Xu
,
A. W.
Leonard
,
X. Q.
Wu
,
M.
Groth
,
A. E.
Jaervinen
,
J. G.
Watkins
,
T. H.
Osborne
,
D. M.
Thomas
,
D.
Eldon
,
P. C.
Stangeby
,
F.
Turco
,
J. C.
Xu
,
L.
Wang
,
Y. F.
Wang
, and
J. B.
Liu
,
Phys. Rev. Lett.
124
,
195002
(
2020
).
4.
B.
LaBombard
,
J. A.
Goetz
,
C.
Kurz
,
D.
Jablonski
,
B.
Lipschultz
,
G. M.
McCracken
,
A.
Niemczewski
,
R. L.
Boivin
,
F.
Bombarda
,
C.
Christensen
,
S.
Fairfax
,
C.
Fiore
,
D. T.
Garnier
,
M. A.
Graf
,
S. N.
Golovato
,
R. S.
Granetz
,
M. J.
Greenwald
,
S. F.
Horne
,
A. E.
Hubbard
,
I. H.
Hutchinson
,
J. H.
Irby
,
J.
Kesner
,
T.
Luke
,
E. S.
Marmar
,
M. J.
May
,
P.
O'Shea
,
M.
Porkolab
,
J.
Reardon
,
J. E.
Rice
,
J.
Schachter
,
J. A.
Snipes
,
P. C.
Stek
,
Y.
Takase
,
J. L.
Terry
,
G.
Tinios
,
R. L.
Watterson
,
B.
Welch
, and
S. M.
Wolfe
,
Phys. Plasmas
2
,
2242
(
1995
).
5.
E. T.
Meier
,
R. J.
Goldston
,
E. G.
Kaveeva
,
M. A.
Makowski
,
S.
Mordijck
,
V. A.
Rozhansky
,
I. Y.
Senichenkov
, and
S. P.
Voskoboynikov
,
Plasma Phys. Controlled Fusion
58
,
125012
(
2016
).
6.
A. V.
Chankin
,
G.
Corrigan
,
M.
Groth
,
P. C.
Stangeby
, and
J. E. T.
contributors
,
Plasma Phys. Controlled Fusion
57
,
095002
(
2015
).
7.
M. J.
Schaffer
,
B. D.
Bray
,
J. A.
Boedo
,
T. N.
Carlstrom
,
R. J.
Colchin
,
C. L.
Hsieh
,
R. A.
Moyer
,
G. D.
Porter
,
T. D.
Rognlien
, and
J. G.
Watkins
,
Phys. Plasmas
8
,
2118
(
2001
).
8.
J. A.
Boedo
,
M. J.
Schaffer
,
R.
Maingi
, and
C. J.
Lasnier
,
Phys. Plasmas
7
,
1075
(
2000
).
9.
T.
Eich
,
B.
Sieglin
,
A.
Scarabosio
,
W.
Fundamenski
,
R. J.
Goldston
, and
A.
Herrmann
,
Phys. Rev. Lett.
107
,
215001
(
2011
).
10.
A. V.
Chankin
,
G.
Corrigan
,
S. K.
Erents
,
G. F.
Matthews
,
J.
Spence
, and
P. C.
Stangeby
,
Plasma Phys. Controlled Fusion
43
,
299
(
2001
).
11.
N.
Fedorczak
,
J.
Gaspar
,
Y.
Corre
,
A.
Grosjean
,
X.
Courtois
,
J. P.
Gunn
,
R.
Mitteau
,
R.
Dejarnac
,
J.
Bucalossi
,
E.
Tsitrone
,
T.
Loarer
, and
S.
Brezinsek
,
Nucl. Mater. Energy
27
,
100961
(
2021
).
12.
H.
Reimerdes
,
G. P.
Canal
,
B. P.
Duval
,
B.
Labit
,
T.
Lunt
,
W. A. J.
Vijvers
,
S.
Coda
,
G. D.
Temmerman
,
T. W.
Morgan
,
F.
Nespoli
,
B.
Tal
, and
TCV Team
,
Plasma Phys. Controlled Fusion
55
,
124027
(
2013
).
13.
S.
Potzel
,
M.
Wischmeier
,
M.
Bernert
,
R.
Dux
,
H. W.
Müller
,
A.
Scarabosio
, and
A.U. Team
,
Nucl. Fusion
54
,
013001
(
2014
).
14.
J. G.
Watkins
,
D.
Taussig
,
R. L.
Boivin
,
M. A.
Mahdavi
, and
R. E.
Nygren
,
Rev. Sci. Instrum.
79
,
10F125
(
2008
).
15.
G. F.
Matthews
,
Plasma Phys. Controlled Fusion
36
,
1595
(
1994
).
16.
D.
Eldon
,
B. D.
Bray
,
T. M.
Deterly
,
C.
Liu
,
M.
Watkins
,
R. J.
Groebner
,
A. W.
Leonard
,
T. H.
Osborne
,
P. B.
Snyder
,
R. L.
Boivin
, and
G. R.
Tynan
,
Rev. Sci. Instrum.
83
,
10E343
(
2012
).
17.
F.
Reimold
,
M.
Wischmeier
,
S.
Potzel
,
L.
Guimarais
,
D.
Reiter
,
M.
Bernert
,
M.
Dunne
, and
T.
Lunt
,
Nucl. Mater. Energy
12
,
193
(
2017
).
18.
A.
Loarte
,
R. D.
Monk
,
J. R.
Martín-Solís
,
D. J.
Campbell
,
A. V.
Chankin
,
S.
Clement
,
S. J.
Davies
,
J.
Ehrenberg
,
S. K.
Erents
,
H. Y.
Guo
,
P. J.
Harbour
,
L. D.
Horton
,
L. C.
Ingesson
,
H.
Jäckel
,
J.
Lingertat
,
C. G.
Lowry
,
C. F.
Maggi
,
G. F.
Matthews
,
K.
McCormick
,
D. P.
O'Brien
,
R.
Reichle
,
G.
Saibene
,
R. J.
Smith
,
M. F.
Stamp
,
D.
Stork
, and
G. C.
Vlases
,
Nucl. Fusion
38
,
331
(
1998
).
19.
J. G.
Watkins
,
T. E.
Evans
,
M.
Jakubowski
,
R. A.
Moyer
,
O.
Schmitz
,
A.
Wingen
,
M. E.
Fenstermacher
,
I.
Joseph
,
C. J.
Lasnier
, and
D. L.
Rudakov
,
J. Nucl. Mater.
390–391
,
839
(
2009
).
20.
E. T.
Meier
,
R. J.
Goldston
,
E. G.
Kaveeva
,
M. A.
Makowski
,
S.
Mordijck
,
V. A.
Rozhansky
,
I. Y.
Senichenkov
, and
S. P.
Voskoboynikov
,
Nucl. Mater. Energy
12
,
973
(
2017
).
21.
M.
Knolker
,
T. E.
Evans
,
A.
Wingen
,
A.
Bortolon
,
F. M.
Laggner
,
R. A.
Moyer
,
R.
Nazikian
, and
H.
Zohm
,
Nucl. Fusion
59
,
126020
(
2019
).
22.
T. D.
Rognlien
,
D. D.
Ryutov
,
N.
Mattor
, and
G. D.
Porter
,
Phys. Plasmas
6
,
1851
(
1999
).
23.
C. G.
Silva
,
S. J.
Fielding
,
K. B.
Axon
, and
M. G.
Booth
,
J. Nucl. Mater.
266–269
,
679
(
1999
).
24.
G. M.
Staebler
and
F. L.
Hinton
,
Nucl. Fusion
29
,
1820
(
1989
).
25.
M. J.
Schaffer
,
A. V.
Chankin
,
H. Y.
Guo
,
G. F.
Matthews
, and
R.
Monk
,
Nucl. Fusion
37
,
83
(
1997
).
26.
P. C.
Stangeby
,
J. M.
Canik
,
J. D.
Elder
,
C. J.
Lasnier
,
A. W.
Leonard
,
D.
Eldon
,
M. A.
Makowski
,
T. H.
Osborne
, and
B. A.
Grierson
,
Nucl. Fusion
55
,
093014
(
2015
).
27.
A. W.
Leonard
,
A. G.
McLean
,
M. A.
Makowski
, and
P. C.
Stangeby
,
Nucl. Fusion
57
,
086033
(
2017
).
28.
O. V.
Batishchev
,
S. I.
Krasheninnikov
,
P. J.
Catto
,
A. A.
Batishcheva
,
D. J.
Sigmar
,
X. Q.
Xu
,
J. A.
Byers
,
T. D.
Rognlien
,
R. H.
Cohen
,
M. M.
Shoucri
, and
I. P.
Shkarofskii
,
Phys. Plasmas
4
,
1672
(
1997
).
29.
J.
Horacek
,
R. A.
Pitts
,
P. C.
Stangeby
,
O.
Batishchev
, and
A.
Loarte
,
J. Nucl. Mater.
313–316
,
931
(
2003
).
30.
J. A.
Wesson
,
Plasma Phys. Controlled Fusion
37
,
1459
(
1995
).
31.
N.
Ohno
,
N.
Tanaka
,
N.
Ezumi
,
D.
Nishijima
, and
S.
Takamura
,
Contrib. Plasma Phys.
41
,
473
(
2001
).
32.
A. E.
Jaervinen
,
S. L.
Allen
,
D.
Eldon
,
M. E.
Fenstermacher
,
M.
Groth
,
D. N.
Hill
,
C. J.
Lasnier
,
A. W.
Leonard
,
A. G.
McLean
,
G. D.
Porter
,
T. D.
Rognlien
,
C. M.
Samuell
,
H. Q.
Wang
, and
J. G.
Watkins
,
Nucl. Mater. Energy
19
,
230
(
2019
).
33.
H. Y.
Guo
,
H. Q.
Wang
,
J. G.
Watkins
,
L.
Casali
,
B.
Covele
,
A. L.
Moser
,
T.
Osborne
,
C. M.
Samuell
,
M. W.
Shafer
,
P. C.
Stangeby
,
D. M.
Thomas
,
J.
Boedo
,
R. J.
Buttery
,
R.
Groebner
,
D. N.
Hill
,
L.
Holland
,
A. W.
Hyatt
,
A. E.
Jaervinen
,
A.
Kellman
,
L. L.
Lao
,
C. J.
Lasnier
,
A. W.
Leonard
,
C.
Murphy
,
J.
Ren
,
C. F.
Sang
,
A. C.
Sontag
, and
T. S.
Taylor
,
Nucl. Fusion
59
,
086054
(
2019
).
34.
P. C.
Stangeby
and
A. V.
Chankin
,
Phys. Plasmas
2
,
707
(
1995
).
35.
S. K.
Erents
,
R. A.
Pitts
,
W.
Fundamenski
,
J. P.
Gunn
, and
G. F.
Matthews
,
Plasma Phys. Controlled Fusion
46
,
1757
(
2004
).
36.
M.
Tsalas
,
A.
Herrmann
,
A.
Kallenbach
,
H. W.
Müller
,
J.
Neuhauser
,
V.
Rohde
,
N.
Tsois
,
M.
Wischmeier
, and
ASDEX Upgrade Team
,
Plasma Phys. Controlled Fusion
49
,
857
(
2007
).
37.
N.
Asakura
,
S.
Sakurai
,
M.
Shimada
,
Y.
Koide
,
N.
Hosogane
, and
K.
Itami
,
Phys. Rev. Lett.
84
,
3093
(
2000
).
38.
J. A.
Boedo
,
G. D.
Porter
,
M. J.
Schaffer
,
R.
Lehmer
,
R. A.
Moyer
,
J. G.
Watkins
,
T. E.
Evans
,
C. J.
Lasnier
,
A. W.
Leonard
, and
S. L.
Allen
,
Phys. Plasmas
5
,
4305
(
1998
).
39.
A. W.
Leonard
,
Plasma Phys. Controlled Fusion
60
,
044001
(
2018
).
40.
P. C.
Stangeby
,
Plasma Phys. Controlled Fusion
60
,
044022
(
2018
).
41.
S. I.
Krasheninnikov
,
D. J.
Sigmar
, and
P. N.
Yushmanov
,
Phys. Plasmas
2
,
1972
(
1995
).
42.
A.
Leonard
,
M.
Mahdavi
,
S.
Allen
,
N.
Brooks
,
M.
Fenstermacher
,
D.
Hill
,
C.
Lasnier
,
R.
Maingi
,
G.
Porter
,
T.
Petrie
,
J.
Watkins
, and
W.
West
,
Phys. Rev. Lett.
78
,
4769
(
1997
).
You do not currently have access to this content.