Demonstration of reduced neoclassical energy transport in Wendelstein 7-X

Beidler, C.D.; Smith, H.M.; Alonso, A.; Andreeva, T.; Baldzuhn, J.; Beurskens, M.N.A.; Borchardt, M.; Bozhenkov, S.A.; Brunner, K.J.; Damm, H.; Drevlak, M.; Ford, O.P.; Fuchert, G.; Geiger, J.; Helander, P.; Hergenhahn, U.; Hirsch, M.; Hofel, U.; Kazakov, Y.O.; Kleiber, R.; Krychowiak, M.; Kwak, S.; Langenberg, A.; Laqua, H.P.; Neuner, U.; Pablant, N.A.; Pasch, E.; Pavone, A.; Pedersen, T.S.; Rahbarnia, K.; Schilling, J.; Scott, E.R.; Stange, T.; Svensson, J.; Thomsen, H.; Turkin, Y.; Warmer, F.; Wolf, R.C.; Zhang, D.; Abramovic, I.; Akaslompolo, S.; Alcuson, J.; Aleynikov, P.; Aleynikova, K.; Ali, A.; Alonso, A.; Anda, G.; Ascasibar, E.; Bahner, J.P.; Baek, S.G.; Balden, M.; Banduch, M.; Barbui, T.; Behr, W.; Benndorf, A.; Biedermann, C.; Biel, W.; Blackwell, B.; Blanco, E.; Blatzheim, M.; Ballinger, S.; Bluhm, T.; Bockenhoff, D.; Boswirth, B.; Bottger, L.-.; Borsuk, V.; Boscary, J.; Bosch, H.-.; Brakel, R.; Brand, H.; Brandt, C.; Brauer, T.; Braune, H.; Brezinsek, S.; Brunner, K.-.; Burhenn, R.; Bussiahn, R.; Buttenschon, B.; Bykov, V.; Cai, J.; Calvo, I.; Cannas, B.; Cappa, A.; Carls, A.; Carraro, L.; Carvalho, B.; Castejon, F.; Charl, A.; Chaudhary, N.; Chauvin, D.; Chernyshev, F.; Cianciosa, M.; Citarella, R.; Claps, G.; Coenen, J.; Cole, M.; Cole, M.J.; Cordella, F.; Cseh, G.; Czarnecka, A.; Czerski, K.; Czerwinski, M.; Czymek, G.; da Molin, A.; da Silva, A.; de la Pena, A.; Degenkolbe, S.; Dhard, C.P.; Dibon, M.; Dinklage, A.; Dittmar, T.; Drewelow, P.; Drews, P.; Durodie, F.; Edlund, E.; Effenberg, F.; Ehrke, G.; Elgeti, S.; Endler, M.; Ennis, D.; Esteban, H.; Estrada, T.; Fellinger, J.; Feng, Y.; Flom, E.; Fernandes, H.; Fietz, W.H.; Figacz, W.; Fontdecaba, J.; Fornal, T.; Frerichs, H.; Freund, A.; Funaba, T.; Galkowski, A.; Gantenbein, G.; Gao, Y.; Garcia Regana, J.; Gates, D.; Geiger, B.; Giannella, V.; Gogoleva, A.; Goncalves, B.; Goriaev, A.; Gradic, D.; Grahl, M.; Green, J.; Greuner, H.; Grosman, A.; Grote, H.; Gruca, M.; Grulke, O.; Guerard, C.; Hacker, P.; Han, X.; Harris, J.H.; Hartmann, D.; Hathiramani, D.; Hein, B.; Heinemann, B.; Helander, P.; Henneberg, S.; Henkel, M.; Hergenhahn, U.; Hernandez Sanchez, J.; Hidalgo, C.; Hollfeld, K.P.; Holting, A.; Hoschen, D.; Houry, M.; Howard, J.; Huang, X.; Huang, Z.; Hubeny, M.; Huber, M.; Hunger, H.; Ida, K.; Ilkei, T.; Illy, S.; Israeli, B.; Jablonski, S.; Jakubowski, M.; Jelonnek, J.; Jenzsch, H.; Jesche, T.; Jia, M.; Junghanns, P.; Kacmarczyk, J.; Kallmeyer, J.-.; Kamionka, U.; Kasahara, H.; Kasparek, W.; Kenmochi, N.; Killer, C.; Kirschner, A.; Klinger, T.; Knauer, J.; Knaup, M.; Knieps, A.; Kobarg, T.; Kocsis, G.; Kochl, F.; Kolesnichenko, Y.; Konies, A.; Konig, R.; Kornejew, P.; Koschinsky, J.-.; Koster, F.; Kramer, M.; Krampitz, R.; Kramer-Flecken, A.; Krawczyk, N.; Kremeyer, T.; Krom, J.; Ksiazek, I.; Kubkowska, M.; Kuhner, G.; Kurki-Suonio, T.; Kurz, P.A.; Landreman, M.; Lang, P.; Lang, R.; Langish, S.; Laqua, H.; Laube, R.; Lazerson, S.; Lechte, C.; Lennartz, M.; Leonhardt, W.; Li, C.; Li, C.; Li, Y.; Liang, Y.; Linsmeier, C.; Liu, S.; Lobsien, J.-.; Loesser, D.; Loizu Cisquella, J.; Lore, J.; Lorenz, A.; Losert, M.; Lucke, A.; Lumsdaine, A.; Lutsenko, V.; Maassberg, H.; Marchuk, O.; Matthew, J.H.; Marsen, S.; Marushchenko, M.; Masuzaki, S.; Maurer, D.; Mayer, M.; Mccarthy, K.; Mcneely, P.; Meier, A.; Mellein, D.; Mendelevitch, B.; Mertens, P.; Mikkelsen, D.; Mishchenko, A.; Missal, B.; Mittelstaedt, J.; Mizuuchi, T.; Mollen, A.; Moncada, V.; Monnich, T.; Morisaki, T.; Moseev, D.; Murakami, S.; Nafradi, G.; Nagel, M.; Naujoks, D.; Neilson, H.; Neu, R.; Neubauer, O.; Ngo, T.; Nicolai, D.; Nielsen, S.K.; Niemann, H.; Nishizawa, T.; Nocentini, R.; Nuhrenberg, C.; Nuhrenberg, J.; Obermayer, S.; Offermanns, G.; Ogawa, K.; Olmanns, J.; Ongena, J.; Oosterbeek, J.W.; Orozco, G.; Otte, M.; Pacios Rodriguez, L.; Panadero, N.; Panadero Alvarez, N.; Papenfuss, D.; Paqay, S.; Pawelec, E.; Pedersen, T.S.; Pelka, G.; Perseo, V.; Peterson, B.; Pilopp, D.; Pingel, S.; Pisano, F.; Plaum, B.; Plunk, G.; Poloskei, P.; Porkolab, M.; Proll, J.; Puiatti, M.-.; Puig Sitjes, A.; Purps, F.; Rack, M.; Recsei, S.; Reiman, A.; Reimold, F.; Reiter, D.; Remppel, F.; Renard, S.; Riedl, R.; Riemann, J.; Risse, K.; Rohde, V.; Rohlinger, H.; Rome', M.; Rondeshagen, D.; Rong, P.; Roth, B.; Rudischhauser, L.; Rummel, K.; Rummel, T.; Runov, A.; Rust, N.; Ryc, L.; Ryosuke, S.; Sakamoto, R.; Salewski, M.; Samartsev, A.; Sanchez, M.; Sano, F.; Satake, S.; Schacht, J.; Satheeswaran, G.; Schauer, F.; Scherer, T.; Schlaich, A.; Schlisio, G.; Schluck, F.; Schluter, K.-.; Schmitt, J.; Schmitz, H.; Schmitz, O.; Schmuck, S.; Schneider, M.; Schneider, W.; Scholz, P.; Schrittwieser, R.; Schroder, M.; Schroder, T.; Schroeder, R.; Schumacher, H.; Schweer, B.; Sereda, S.; Shanahan, B.; Sibilia, M.; Sinha, P.; Siplia, S.; Slaby, C.; Sleczka, M.; Spiess, W.; Spong, D.A.; Spring, A.; Stadler, R.; Stejner, M.; Stephey, L.; Stridde, U.; Suzuki, C.; Szabo, V.; Szabolics, T.; Szepesi, T.; Szokefalvi-Nagy, Z.; Tamura, N.; Tancetti, A.; Terry, J.; Thomas, J.; Thumm, M.; Travere, J.M.; Traverso, P.; Tretter, J.; Trimino Mora, H.; Tsuchiya, H.; Tsujimura, T.; Tulipan, S.; Unterberg, B.; Vakulchyk, I.; Valet, S.; Vano, L.; van Eeten, P.; van Milligen, B.; van Vuuren, A.J.; Vela, L.; Velasco, J.-.; Vergote, M.; Vervier, M.; Vianello, N.; Viebke, H.; Vilbrandt, R.; von Stechow, A.; Vorkoper, A.; Wadle, S.; Wagner, F.; Wang, E.; Wang, N.; Wang, Z.; Wauters, T.; Wegener, L.; Weggen, J.; Wegner, T.; Wei, Y.; Weir, G.; Wendorf, J.; Wenzel, U.; Werner, A.; White, A.; Wiegel, B.; Wilde, F.; Windisch, T.; Winkler, M.; Winter, A.; Winters, V.; Wolf, S.; Wolf, R.C.; Wright, A.; Wurden, G.; Xanthopoulos, P.; Yamada, H.; Yamada, I.; Yasuhara, R.; Yokoyama, M.; Zanini, M.; Zarnstorff, M.; Zeitler, A.; Zhang, H.; Zhu, J.; Zilker, M.; Zocco, A.; Zoletnik, S.; Zuin, M.

doi:10.1038/s41586-021-03687-w

Research on magnetic confinement of high-temperature plasmas has the ultimate goal of harnessing nuclear fusion for the production of electricity. Although the tokamak1 is the leading toroidal magnetic-confinement concept, it is not without shortcomings and the fusion community has therefore also pursued alternative concepts such as the stellarator. Unlike axisymmetric tokamaks, stellarators possess a three-dimensional (3D) magnetic field geometry. The availability of this additional dimension opens up an extensive configuration space for computational optimization of both the field geometry itself and the current-carrying coils that produce it. Such an optimization was undertaken in designing Wendelstein 7-X (W7-X)2, a large helical-axis advanced stellarator (HELIAS), which began operation in 2015 at Greifswald, Germany. A major drawback of 3D magnetic field geometry, however, is that it introduces a strong temperature dependence into the stellarator’s non-turbulent ‘neoclassical’ energy transport. Indeed, such energy losses will become prohibitive in high-temperature reactor plasmas unless a strong reduction of the geometrical factor associated with this transport can be achieved; such a reduction was therefore a principal goal of the design of W7-X. In spite of the modest heating power currently available, W7-X has already been able to achieve high-temperature plasma conditions during its 2017 and 2018 experimental campaigns, producing record values of the fusion triple product for such stellarator plasmas3,4. The triple product of plasma density, ion temperature and energy confinement time is used in fusion research as a figure of merit, as it must attain a certain threshold value before net-energy-producing operation of a reactor becomes possible1,5. Here we demonstrate that such record values provide evidence for reduced neoclassical energy transport in W7-X, as the plasma profiles that produced these results could not have been obtained in stellarators lacking a comparably high level of neoclassical optimization.

Demonstration of reduced neoclassical energy transport in Wendelstein 7-X / C.D. Beidler, H.M. Smith, A. Alonso, T. Andreeva, J. Baldzuhn, M.N.A. Beurskens, M. Borchardt, S.A. Bozhenkov, K.J. Brunner, H. Damm, M. Drevlak, O.P. Ford, G. Fuchert, J. Geiger, P. Helander, U. Hergenhahn, M. Hirsch, U. Hofel, Y.O. Kazakov, R. Kleiber, M. Krychowiak, S. Kwak, A. Langenberg, H.P. Laqua, U. Neuner, N.A. Pablant, E. Pasch, A. Pavone, T.S. Pedersen, K. Rahbarnia, J. Schilling, E.R. Scott, T. Stange, J. Svensson, H. Thomsen, Y. Turkin, F. Warmer, R.C. Wolf, D. Zhang, I. Abramovic, S. Akaslompolo, J. Alcuson, P. Aleynikov, K. Aleynikova, A. Ali, A. Alonso, G. Anda, E. Ascasibar, J.P. Bahner, S.G. Baek, M. Balden, M. Banduch, T. Barbui, W. Behr, A. Benndorf, C. Biedermann, W. Biel, B. Blackwell, E. Blanco, M. Blatzheim, S. Ballinger, T. Bluhm, D. Bockenhoff, B. Boswirth, L.-. Bottger, V. Borsuk, J. Boscary, H.-. Bosch, R. Brakel, H. Brand, C. Brandt, T. Brauer, H. Braune, S. Brezinsek, K.-. Brunner, R. Burhenn, R. Bussiahn, B. Buttenschon, V. Bykov, J. Cai, I. Calvo, B. Cannas, A. Cappa, A. Carls, L. Carraro, B. Carvalho, F. Castejon, A. Charl, N. Chaudhary, D. Chauvin, F. Chernyshev, M. Cianciosa, R. Citarella, G. Claps, J. Coenen, M. Cole, M.J. Cole, F. Cordella, G. Cseh, A. Czarnecka, K. Czerski, M. Czerwinski, G. Czymek, A. da Molin, A. da Silva, A. de la Pena, S. Degenkolbe, C.P. Dhard, M. Dibon, A. Dinklage, T. Dittmar, P. Drewelow, P. Drews, F. Durodie, E. Edlund, F. Effenberg, G. Ehrke, S. Elgeti, M. Endler, D. Ennis, H. Esteban, T. Estrada, J. Fellinger, Y. Feng, E. Flom, H. Fernandes, W.H. Fietz, W. Figacz, J. Fontdecaba, T. Fornal, H. Frerichs, A. Freund, T. Funaba, A. Galkowski, G. Gantenbein, Y. Gao, J. Garcia Regana, D. Gates, B. Geiger, V. Giannella, A. Gogoleva, B. Goncalves, A. Goriaev, D. Gradic, M. Grahl, J. Green, H. Greuner, A. Grosman, H. Grote, M. Gruca, O. Grulke, C. Guerard, P. Hacker, X. Han, J.H. Harris, D. Hartmann, D. Hathiramani, B. Hein, B. Heinemann, P. Helander, S. Henneberg, M. Henkel, U. Hergenhahn, J. Hernandez Sanchez, C. Hidalgo, K.P. Hollfeld, A. Holting, D. Hoschen, M. Houry, J. Howard, X. Huang, Z. Huang, M. Hubeny, M. Huber, H. Hunger, K. Ida, T. Ilkei, S. Illy, B. Israeli, S. Jablonski, M. Jakubowski, J. Jelonnek, H. Jenzsch, T. Jesche, M. Jia, P. Junghanns, J. Kacmarczyk, J.-. Kallmeyer, U. Kamionka, H. Kasahara, W. Kasparek, N. Kenmochi, C. Killer, A. Kirschner, T. Klinger, J. Knauer, M. Knaup, A. Knieps, T. Kobarg, G. Kocsis, F. Kochl, Y. Kolesnichenko, A. Konies, R. Konig, P. Kornejew, J.-. Koschinsky, F. Koster, M. Kramer, R. Krampitz, A. Kramer-Flecken, N. Krawczyk, T. Kremeyer, J. Krom, I. Ksiazek, M. Kubkowska, G. Kuhner, T. Kurki-Suonio, P.A. Kurz, M. Landreman, P. Lang, R. Lang, S. Langish, H. Laqua, R. Laube, S. Lazerson, C. Lechte, M. Lennartz, W. Leonhardt, C. Li, C. Li, Y. Li, Y. Liang, C. Linsmeier, S. Liu, J.-. Lobsien, D. Loesser, J. Loizu Cisquella, J. Lore, A. Lorenz, M. Losert, A. Lucke, A. Lumsdaine, V. Lutsenko, H. Maassberg, O. Marchuk, J.H. Matthew, S. Marsen, M. Marushchenko, S. Masuzaki, D. Maurer, M. Mayer, K. Mccarthy, P. Mcneely, A. Meier, D. Mellein, B. Mendelevitch, P. Mertens, D. Mikkelsen, A. Mishchenko, B. Missal, J. Mittelstaedt, T. Mizuuchi, A. Mollen, V. Moncada, T. Monnich, T. Morisaki, D. Moseev, S. Murakami, G. Nafradi, M. Nagel, D. Naujoks, H. Neilson, R. Neu, O. Neubauer, T. Ngo, D. Nicolai, S.K. Nielsen, H. Niemann, T. Nishizawa, R. Nocentini, C. Nuhrenberg, J. Nuhrenberg, S. Obermayer, G. Offermanns, K. Ogawa, J. Olmanns, J. Ongena, J.W. Oosterbeek, G. Orozco, M. Otte, L. Pacios Rodriguez, N. Panadero, N. Panadero Alvarez, D. Papenfuss, S. Paqay, E. Pawelec, T.S. Pedersen, G. Pelka, V. Perseo, B. Peterson, D. Pilopp, S. Pingel, F. Pisano, B. Plaum, G. Plunk, P. Poloskei, M. Porkolab, J. Proll, M.-. Puiatti, A. Puig Sitjes, F. Purps, M. Rack, S. Recsei, A. Reiman, F. Reimold, D. Reiter, F. Remppel, S. Renard, R. Riedl, J. Riemann, K. Risse, V. Rohde, H. Rohlinger, M. Rome', D. Rondeshagen, P. Rong, B. Roth, L. Rudischhauser, K. Rummel, T. Rummel, A. Runov, N. Rust, L. Ryc, S. Ryosuke, R. Sakamoto, M. Salewski, A. Samartsev, M. Sanchez, F. Sano, S. Satake, J. Schacht, G. Satheeswaran, F. Schauer, T. Scherer, A. Schlaich, G. Schlisio, F. Schluck, K.-. Schluter, J. Schmitt, H. Schmitz, O. Schmitz, S. Schmuck, M. Schneider, W. Schneider, P. Scholz, R. Schrittwieser, M. Schroder, T. Schroder, R. Schroeder, H. Schumacher, B. Schweer, S. Sereda, B. Shanahan, M. Sibilia, P. Sinha, S. Siplia, C. Slaby, M. Sleczka, W. Spiess, D.A. Spong, A. Spring, R. Stadler, M. Stejner, L. Stephey, U. Stridde, C. Suzuki, V. Szabo, T. Szabolics, T. Szepesi, Z. Szokefalvi-Nagy, N. Tamura, A. Tancetti, J. Terry, J. Thomas, M. Thumm, J.M. Travere, P. Traverso, J. Tretter, H. Trimino Mora, H. Tsuchiya, T. Tsujimura, S. Tulipan, B. Unterberg, I. Vakulchyk, S. Valet, L. Vano, P. van Eeten, B. van Milligen, A.J. van Vuuren, L. Vela, J.-. Velasco, M. Vergote, M. Vervier, N. Vianello, H. Viebke, R. Vilbrandt, A. von Stechow, A. Vorkoper, S. Wadle, F. Wagner, E. Wang, N. Wang, Z. Wang, T. Wauters, L. Wegener, J. Weggen, T. Wegner, Y. Wei, G. Weir, J. Wendorf, U. Wenzel, A. Werner, A. White, B. Wiegel, F. Wilde, T. Windisch, M. Winkler, A. Winter, V. Winters, S. Wolf, R.C. Wolf, A. Wright, G. Wurden, P. Xanthopoulos, H. Yamada, I. Yamada, R. Yasuhara, M. Yokoyama, M. Zanini, M. Zarnstorff, A. Zeitler, H. Zhang, J. Zhu, M. Zilker, A. Zocco, S. Zoletnik, M. Zuin. - In: NATURE. - ISSN 0028-0836. - 596:7871(2021), pp. 221-226. [10.1038/s41586-021-03687-w]

Demonstration of reduced neoclassical energy transport in Wendelstein 7-X

Beidler C. D.;Smith H. M.;Alonso A.;Andreeva T.;Baldzuhn J.;Beurskens M. N. A.;Borchardt M.;Bozhenkov S. A.;Brunner K. J.;Damm H.;Drevlak M.;Ford O. P.;Fuchert G.;Geiger J.;Helander P.;Hergenhahn U.;Hirsch M.;Hofel U.;Kazakov Y. O.;Kleiber R.;Krychowiak M.;Kwak S.;Langenberg A.;Laqua H. P.;Neuner U.;Pablant N. A.;Pasch E.;Pavone A.;Pedersen T. S.;Rahbarnia K.;Schilling J.;Scott E. R.;Stange T.;Svensson J.;Thomsen H.;Turkin Y.;Warmer F.;Wolf R. C.;Zhang D.;Abramovic I.;Akaslompolo S.;Alcuson J.;Aleynikov P.;Aleynikova K.;Ali A.;Alonso A.;Anda G.;Ascasibar E.;Bahner J. P.;Baek S. G.;Balden M.;Banduch M.;Barbui T.;Behr W.;Benndorf A.;Biedermann C.;Biel W.;Blackwell B.;Blanco E.;Blatzheim M.;Ballinger S.;Bluhm T.;Bockenhoff D.;Boswirth B.;Bottger L. -G.;Borsuk V.;Boscary J.;Bosch H. -S.;Brakel R.;Brand H.;Brandt C.;Brauer T.;Braune H.;Brezinsek S.;Brunner K. -J.;Burhenn R.;Bussiahn R.;Buttenschon B.;Bykov V.;Cai J.;Calvo I.;Cannas B.;Cappa A.;Carls A.;Carraro L.;Carvalho B.;Castejon F.;Charl A.;Chaudhary N.;Chauvin D.;Chernyshev F.;Cianciosa M.;Citarella R.;Claps G.;Coenen J.;Cole M.;Cole M. J.;Cordella F.;Cseh G.;Czarnecka A.;Czerski K.;Czerwinski M.;Czymek G.;da Molin A.;da Silva A.;de la Pena A.;Degenkolbe S.;Dhard C. P.;Dibon M.;Dinklage A.;Dittmar T.;Drewelow P.;Drews P.;Durodie F.;Edlund E.;Effenberg F.;Ehrke G.;Elgeti S.;Endler M.;Ennis D.;Esteban H.;Estrada T.;Fellinger J.;Feng Y.;Flom E.;Fernandes H.;Fietz W. H.;Figacz W.;Fontdecaba J.;Fornal T.;Frerichs H.;Freund A.;Funaba T.;Galkowski A.;Gantenbein G.;Gao Y.;Garcia Regana J.;Gates D.;Geiger B.;Giannella V.;Gogoleva A.;Goncalves B.;Goriaev A.;Gradic D.;Grahl M.;Green J.;Greuner H.;Grosman A.;Grote H.;Gruca M.;Grulke O.;Guerard C.;Hacker P.;Han X.;Harris J. H.;Hartmann D.;Hathiramani D.;Hein B.;Heinemann B.;Helander P.;Henneberg S.;Henkel M.;Hergenhahn U.;Hernandez Sanchez J.;Hidalgo C.;Hollfeld K. P.;Holting A.;Hoschen D.;Houry M.;Howard J.;Huang X.;Huang Z.;Hubeny M.;Huber M.;Hunger H.;Ida K.;Ilkei T.;Illy S.;Israeli B.;Jablonski S.;Jakubowski M.;Jelonnek J.;Jenzsch H.;Jesche T.;Jia M.;Junghanns P.;Kacmarczyk J.;Kallmeyer J. -P.;Kamionka U.;Kasahara H.;Kasparek W.;Kenmochi N.;Killer C.;Kirschner A.;Klinger T.;Knauer J.;Knaup M.;Knieps A.;Kobarg T.;Kocsis G.;Kochl F.;Kolesnichenko Y.;Konies A.;Konig R.;Kornejew P.;Koschinsky J. -P.;Koster F.;Kramer M.;Krampitz R.;Kramer-Flecken A.;Krawczyk N.;Kremeyer T.;Krom J.;Ksiazek I.;Kubkowska M.;Kuhner G.;Kurki-Suonio T.;Kurz P. A.;Landreman M.;Lang P.;Lang R.;Langish S.;Laqua H.;Laube R.;Lazerson S.;Lechte C.;Lennartz M.;Leonhardt W.;Li C.;Li C.;Li Y.;Liang Y.;Linsmeier C.;Liu S.;Lobsien J. -F.;Loesser D.;Loizu Cisquella J.;Lore J.;Lorenz A.;Losert M.;Lucke A.;Lumsdaine A.;Lutsenko V.;Maassberg H.;Marchuk O.;Matthew J. H.;Marsen S.;Marushchenko M.;Masuzaki S.;Maurer D.;Mayer M.;McCarthy K.;McNeely P.;Meier A.;Mellein D.;Mendelevitch B.;Mertens P.;Mikkelsen D.;Mishchenko A.;Missal B.;Mittelstaedt J.;Mizuuchi T.;Mollen A.;Moncada V.;Monnich T.;Morisaki T.;Moseev D.;Murakami S.;Nafradi G.;Nagel M.;Naujoks D.;Neilson H.;Neu R.;Neubauer O.;Ngo T.;Nicolai D.;Nielsen S. K.;Niemann H.;Nishizawa T.;Nocentini R.;Nuhrenberg C.;Nuhrenberg J.;Obermayer S.;Offermanns G.;Ogawa K.;Olmanns J.;Ongena J.;Oosterbeek J. W.;Orozco G.;Otte M.;Pacios Rodriguez L.;Panadero N.;Panadero Alvarez N.;Papenfuss D.;Paqay S.;Pawelec E.;Pedersen T. S.;Pelka G.;Perseo V.;Peterson B.;Pilopp D.;Pingel S.;Pisano F.;Plaum B.;Plunk G.;Poloskei P.;Porkolab M.;Proll J.;Puiatti M. -E.;Puig Sitjes A.;Purps F.;Rack M.;Recsei S.;Reiman A.;Reimold F.;Reiter D.;Remppel F.;Renard S.;Riedl R.;Riemann J.;Risse K.;Rohde V.;Rohlinger H.;M. Rome';Rondeshagen D.;Rong P.;Roth B.;Rudischhauser L.;Rummel K.;Rummel T.;Runov A.;Rust N.;Ryc L.;Ryosuke S.;Sakamoto R.;Salewski M.;Samartsev A.;Sanchez M.;Sano F.;Satake S.;Schacht J.;Satheeswaran G.;Schauer F.;Scherer T.;Schlaich A.;Schlisio G.;Schluck F.;Schluter K. -H.;Schmitt J.;Schmitz H.;Schmitz O.;Schmuck S.;Schneider M.;Schneider W.;Scholz P.;Schrittwieser R.;Schroder M.;Schroder T.;Schroeder R.;Schumacher H.;Schweer B.;Sereda S.;Shanahan B.;Sibilia M.;Sinha P.;Siplia S.;Slaby C.;Sleczka M.;Spiess W.;Spong D. A.;Spring A.;Stadler R.;Stejner M.;Stephey L.;Stridde U.;Suzuki C.;Szabo V.;Szabolics T.;Szepesi T.;Szokefalvi-Nagy Z.;Tamura N.;Tancetti A.;Terry J.;Thomas J.;Thumm M.;Travere J. M.;Traverso P.;Tretter J.;Trimino Mora H.;Tsuchiya H.;Tsujimura T.;Tulipan S.;Unterberg B.;Vakulchyk I.;Valet S.;Vano L.;van Eeten P.;van Milligen B.;van Vuuren A. J.;Vela L.;Velasco J. -L.;Vergote M.;Vervier M.;Vianello N.;Viebke H.;Vilbrandt R.;von Stechow A.;Vorkoper A.;Wadle S.;Wagner F.;Wang E.;Wang N.;Wang Z.;Wauters T.;Wegener L.;Weggen J.;Wegner T.;Wei Y.;Weir G.;Wendorf J.;Wenzel U.;Werner A.;White A.;Wiegel B.;Wilde F.;Windisch T.;Winkler M.;Winter A.;Winters V.;Wolf S.;Wolf R. C.;Wright A.;Wurden G.;Xanthopoulos P.;Yamada H.;Yamada I.;Yasuhara R.;Yokoyama M.;Zanini M.;Zarnstorff M.;Zeitler A.;Zhang H.;Zhu J.;Zilker M.;Zocco A.;Zoletnik S.;Zuin M.

2021

Abstract

Research on magnetic confinement of high-temperature plasmas has the ultimate goal of harnessing nuclear fusion for the production of electricity. Although the tokamak1 is the leading toroidal magnetic-confinement concept, it is not without shortcomings and the fusion community has therefore also pursued alternative concepts such as the stellarator. Unlike axisymmetric tokamaks, stellarators possess a three-dimensional (3D) magnetic field geometry. The availability of this additional dimension opens up an extensive configuration space for computational optimization of both the field geometry itself and the current-carrying coils that produce it. Such an optimization was undertaken in designing Wendelstein 7-X (W7-X)2, a large helical-axis advanced stellarator (HELIAS), which began operation in 2015 at Greifswald, Germany. A major drawback of 3D magnetic field geometry, however, is that it introduces a strong temperature dependence into the stellarator’s non-turbulent ‘neoclassical’ energy transport. Indeed, such energy losses will become prohibitive in high-temperature reactor plasmas unless a strong reduction of the geometrical factor associated with this transport can be achieved; such a reduction was therefore a principal goal of the design of W7-X. In spite of the modest heating power currently available, W7-X has already been able to achieve high-temperature plasma conditions during its 2017 and 2018 experimental campaigns, producing record values of the fusion triple product for such stellarator plasmas3,4. The triple product of plasma density, ion temperature and energy confinement time is used in fusion research as a figure of merit, as it must attain a certain threshold value before net-energy-producing operation of a reactor becomes possible1,5. Here we demonstrate that such record values provide evidence for reduced neoclassical energy transport in W7-X, as the plasma profiles that produced these results could not have been obtained in stellarators lacking a comparably high level of neoclassical optimization.

Scheda breve

Scheda completa

Scheda completa (DC)

	Presenza di coautori internazionali
	
			Sì
		
	Lingua dell'articolo
	
			English
		
	Settori scientifico-disciplinari dell'articolo
	
			Settore FIS/03 - Fisica della Materia
		
	Tipo
	
			Articolo
		
	Revisione (peer review)
	
			Esperti anonimi
		
	Classificazione in base al tipo di ricerca
	
			Ricerca di base
		
	Classificazione della pubblicazione
	
			Pubblicazione scientifica
		
	Data di pubblicazione
	
			2021
		
	Rivista in ANCE
	
			NATURE
		
	Editore
	
			Nature Research
		
	Volume o annata
	
			596
		
	Fascicolo
	
			7871
		
	Pagina iniziale
	
			221
		
	Pagina finale
	
			226
		
	Numero di pagine
	
			6
		
	Stato di pubblicazione
	
			Pubblicato
		
	Rilevanza del periodico
	
			Periodico con rilevanza internazionale
		
	DOI
	
			https://dx.doi.org/10.1038/s41586-021-03687-w
		
	Banca dati sorgente
	
			scopus
pubmed
crossref
wos
		
	Identificativo ISI
	
			WOS:000684326000008
		
	Identificativo SCOPUS
	
			2-s2.0-85114100820
		
	Identificativo PUBMED
	
			34381232
		
	Adesione alla policy Open Access di Ateneo
	
			Aderisco
		
	Tipologia
	
			info:eu-repo/semantics/article
		
	Citazione
	
			Demonstration of reduced neoclassical energy transport in Wendelstein 7-X / C.D. Beidler, H.M. Smith, A. Alonso, T. Andreeva, J. Baldzuhn, M.N.A. Beurskens, M. Borchardt, S.A. Bozhenkov, K.J. Brunner, H. Damm, M. Drevlak, O.P. Ford, G. Fuchert, J. Geiger, P. Helander, U. Hergenhahn, M. Hirsch, U. Hofel, Y.O. Kazakov, R. Kleiber, M. Krychowiak, S. Kwak, A. Langenberg, H.P. Laqua, U. Neuner, N.A. Pablant, E. Pasch, A. Pavone, T.S. Pedersen, K. Rahbarnia, J. Schilling, E.R. Scott, T. Stange, J. Svensson, H. Thomsen, Y. Turkin, F. Warmer, R.C. Wolf, D. Zhang, I. Abramovic, S. Akaslompolo, J. Alcuson, P. Aleynikov, K. Aleynikova, A. Ali, A. Alonso, G. Anda, E. Ascasibar, J.P. Bahner, S.G. Baek, M. Balden, M. Banduch, T. Barbui, W. Behr, A. Benndorf, C. Biedermann, W. Biel, B. Blackwell, E. Blanco, M. Blatzheim, S. Ballinger, T. Bluhm, D. Bockenhoff, B. Boswirth, L.-. Bottger, V. Borsuk, J. Boscary, H.-. Bosch, R. Brakel, H. Brand, C. Brandt, T. Brauer, H. Braune, S. Brezinsek, K.-. Brunner, R. Burhenn, R. Bussiahn, B. Buttenschon, V. Bykov, J. Cai, I. Calvo, B. Cannas, A. Cappa, A. Carls, L. Carraro, B. Carvalho, F. Castejon, A. Charl, N. Chaudhary, D. Chauvin, F. Chernyshev, M. Cianciosa, R. Citarella, G. Claps, J. Coenen, M. Cole, M.J. Cole, F. Cordella, G. Cseh, A. Czarnecka, K. Czerski, M. Czerwinski, G. Czymek, A. da Molin, A. da Silva, A. de la Pena, S. Degenkolbe, C.P. Dhard, M. Dibon, A. Dinklage, T. Dittmar, P. Drewelow, P. Drews, F. Durodie, E. Edlund, F. Effenberg, G. Ehrke, S. Elgeti, M. Endler, D. Ennis, H. Esteban, T. Estrada, J. Fellinger, Y. Feng, E. Flom, H. Fernandes, W.H. Fietz, W. Figacz, J. Fontdecaba, T. Fornal, H. Frerichs, A. Freund, T. Funaba, A. Galkowski, G. Gantenbein, Y. Gao, J. Garcia Regana, D. Gates, B. Geiger, V. Giannella, A. Gogoleva, B. Goncalves, A. Goriaev, D. Gradic, M. Grahl, J. Green, H. Greuner, A. Grosman, H. Grote, M. Gruca, O. Grulke, C. Guerard, P. Hacker, X. Han, J.H. Harris, D. Hartmann, D. Hathiramani, B. Hein, B. Heinemann, P. Helander, S. Henneberg, M. Henkel, U. Hergenhahn, J. Hernandez Sanchez, C. Hidalgo, K.P. Hollfeld, A. Holting, D. Hoschen, M. Houry, J. Howard, X. Huang, Z. Huang, M. Hubeny, M. Huber, H. Hunger, K. Ida, T. Ilkei, S. Illy, B. Israeli, S. Jablonski, M. Jakubowski, J. Jelonnek, H. Jenzsch, T. Jesche, M. Jia, P. Junghanns, J. Kacmarczyk, J.-. Kallmeyer, U. Kamionka, H. Kasahara, W. Kasparek, N. Kenmochi, C. Killer, A. Kirschner, T. Klinger, J. Knauer, M. Knaup, A. Knieps, T. Kobarg, G. Kocsis, F. Kochl, Y. Kolesnichenko, A. Konies, R. Konig, P. Kornejew, J.-. Koschinsky, F. Koster, M. Kramer, R. Krampitz, A. Kramer-Flecken, N. Krawczyk, T. Kremeyer, J. Krom, I. Ksiazek, M. Kubkowska, G. Kuhner, T. Kurki-Suonio, P.A. Kurz, M. Landreman, P. Lang, R. Lang, S. Langish, H. Laqua, R. Laube, S. Lazerson, C. Lechte, M. Lennartz, W. Leonhardt, C. Li, C. Li, Y. Li, Y. Liang, C. Linsmeier, S. Liu, J.-. Lobsien, D. Loesser, J. Loizu Cisquella, J. Lore, A. Lorenz, M. Losert, A. Lucke, A. Lumsdaine, V. Lutsenko, H. Maassberg, O. Marchuk, J.H. Matthew, S. Marsen, M. Marushchenko, S. Masuzaki, D. Maurer, M. Mayer, K. Mccarthy, P. Mcneely, A. Meier, D. Mellein, B. Mendelevitch, P. Mertens, D. Mikkelsen, A. Mishchenko, B. Missal, J. Mittelstaedt, T. Mizuuchi, A. Mollen, V. Moncada, T. Monnich, T. Morisaki, D. Moseev, S. Murakami, G. Nafradi, M. Nagel, D. Naujoks, H. Neilson, R. Neu, O. Neubauer, T. Ngo, D. Nicolai, S.K. Nielsen, H. Niemann, T. Nishizawa, R. Nocentini, C. Nuhrenberg, J. Nuhrenberg, S. Obermayer, G. Offermanns, K. Ogawa, J. Olmanns, J. Ongena, J.W. Oosterbeek, G. Orozco, M. Otte, L. Pacios Rodriguez, N. Panadero, N. Panadero Alvarez, D. Papenfuss, S. Paqay, E. Pawelec, T.S. Pedersen, G. Pelka, V. Perseo, B. Peterson, D. Pilopp, S. Pingel, F. Pisano, B. Plaum, G. Plunk, P. Poloskei, M. Porkolab, J. Proll, M.-. Puiatti, A. Puig Sitjes, F. Purps, M. Rack, S. Recsei, A. Reiman, F. Reimold, D. Reiter, F. Remppel, S. Renard, R. Riedl, J. Riemann, K. Risse, V. Rohde, H. Rohlinger, M. Rome', D. Rondeshagen, P. Rong, B. Roth, L. Rudischhauser, K. Rummel, T. Rummel, A. Runov, N. Rust, L. Ryc, S. Ryosuke, R. Sakamoto, M. Salewski, A. Samartsev, M. Sanchez, F. Sano, S. Satake, J. Schacht, G. Satheeswaran, F. Schauer, T. Scherer, A. Schlaich, G. Schlisio, F. Schluck, K.-. Schluter, J. Schmitt, H. Schmitz, O. Schmitz, S. Schmuck, M. Schneider, W. Schneider, P. Scholz, R. Schrittwieser, M. Schroder, T. Schroder, R. Schroeder, H. Schumacher, B. Schweer, S. Sereda, B. Shanahan, M. Sibilia, P. Sinha, S. Siplia, C. Slaby, M. Sleczka, W. Spiess, D.A. Spong, A. Spring, R. Stadler, M. Stejner, L. Stephey, U. Stridde, C. Suzuki, V. Szabo, T. Szabolics, T. Szepesi, Z. Szokefalvi-Nagy, N. Tamura, A. Tancetti, J. Terry, J. Thomas, M. Thumm, J.M. Travere, P. Traverso, J. Tretter, H. Trimino Mora, H. Tsuchiya, T. Tsujimura, S. Tulipan, B. Unterberg, I. Vakulchyk, S. Valet, L. Vano, P. van Eeten, B. van Milligen, A.J. van Vuuren, L. Vela, J.-. Velasco, M. Vergote, M. Vervier, N. Vianello, H. Viebke, R. Vilbrandt, A. von Stechow, A. Vorkoper, S. Wadle, F. Wagner, E. Wang, N. Wang, Z. Wang, T. Wauters, L. Wegener, J. Weggen, T. Wegner, Y. Wei, G. Weir, J. Wendorf, U. Wenzel, A. Werner, A. White, B. Wiegel, F. Wilde, T. Windisch, M. Winkler, A. Winter, V. Winters, S. Wolf, R.C. Wolf, A. Wright, G. Wurden, P. Xanthopoulos, H. Yamada, I. Yamada, R. Yasuhara, M. Yokoyama, M. Zanini, M. Zarnstorff, A. Zeitler, H. Zhang, J. Zhu, M. Zilker, A. Zocco, S. Zoletnik, M. Zuin. - In: NATURE. - ISSN 0028-0836. - 596:7871(2021), pp. 221-226. [10.1038/s41586-021-03687-w]
		
	Fulltext
	
			open
		
	Tipologia
	
			Prodotti della ricerca::01 - Articolo su periodico
		
	Numero autori
	
			447
		
	Tipologia sito docente
	
			262
		
	Tipologia
	
			Article (author)
		
	Presenza impact factor
	
			no
		
	Tutti gli autori
	
			C.D. Beidler, H.M. Smith, A. Alonso, T. Andreeva, J. Baldzuhn, M.N.A. Beurskens, M. Borchardt, S.A. Bozhenkov, K.J. Brunner, H. Damm, M. Drevlak, O.P. Ford, G. Fuchert, J. Geiger, P. Helander, U. Hergenhahn, M. Hirsch, U. Hofel, Y.O. Kazakov, R. Kleiber, M. Krychowiak, S. Kwak, A. Langenberg, H.P. Laqua, U. Neuner, N.A. Pablant, E. Pasch, A. Pavone, T.S. Pedersen, K. Rahbarnia, J. Schilling, E.R. Scott, T. Stange, J. Svensson, H. Thomsen, Y. Turkin, F. Warmer, R.C. Wolf, D. Zhang, I. Abramovic, S. Akaslompolo, J. Alcuson, P. Aleynikov, K. Aleynikova, A. Ali, A. Alonso, G. Anda, E. Ascasibar, J.P. Bahner, S.G. Baek, M. Balden, M. Banduch, T. Barbui, W. Behr, A. Benndorf, C. Biedermann, W. Biel, B. Blackwell, E. Blanco, M. Blatzheim, S. Ballinger, T. Bluhm, D. Bockenhoff, B. Boswirth, L.-. Bottger, V. Borsuk, J. Boscary, H.-. Bosch, R. Brakel, H. Brand, C. Brandt, T. Brauer, H. Braune, S. Brezinsek, K.-. Brunner, R. Burhenn, R. Bussiahn, B. Buttenschon, V. Bykov, J. Cai, I. Calvo, B. Cannas, A. Cappa, A. Carls, L. Carraro, B. Carvalho, F. Castejon, A. Charl, N. Chaudhary, D. Chauvin, F. Chernyshev, M. Cianciosa, R. Citarella, G. Claps, J. Coenen, M. Cole, M.J. Cole, F. Cordella, G. Cseh, A. Czarnecka, K. Czerski, M. Czerwinski, G. Czymek, A. da Molin, A. da Silva, A. de la Pena, S. Degenkolbe, C.P. Dhard, M. Dibon, A. Dinklage, T. Dittmar, P. Drewelow, P. Drews, F. Durodie, E. Edlund, F. Effenberg, G. Ehrke, S. Elgeti, M. Endler, D. Ennis, H. Esteban, T. Estrada, J. Fellinger, Y. Feng, E. Flom, H. Fernandes, W.H. Fietz, W. Figacz, J. Fontdecaba, T. Fornal, H. Frerichs, A. Freund, T. Funaba, A. Galkowski, G. Gantenbein, Y. Gao, J. Garcia Regana, D. Gates, B. Geiger, V. Giannella, A. Gogoleva, B. Goncalves, A. Goriaev, D. Gradic, M. Grahl, J. Green, H. Greuner, A. Grosman, H. Grote, M. Gruca, O. Grulke, C. Guerard, P. Hacker, X. Han, J.H. Harris, D. Hartmann, D. Hathiramani, B. Hein, B. Heinemann, P. Helander, S. Henneberg, M. Henkel, U. Hergenhahn, J. Hernandez Sanchez, C. Hidalgo, K.P. Hollfeld, A. Holting, D. Hoschen, M. Houry, J. Howard, X. Huang, Z. Huang, M. Hubeny, M. Huber, H. Hunger, K. Ida, T. Ilkei, S. Illy, B. Israeli, S. Jablonski, M. Jakubowski, J. Jelonnek, H. Jenzsch, T. Jesche, M. Jia, P. Junghanns, J. Kacmarczyk, J.-. Kallmeyer, U. Kamionka, H. Kasahara, W. Kasparek, N. Kenmochi, C. Killer, A. Kirschner, T. Klinger, J. Knauer, M. Knaup, A. Knieps, T. Kobarg, G. Kocsis, F. Kochl, Y. Kolesnichenko, A. Konies, R. Konig, P. Kornejew, J.-. Koschinsky, F. Koster, M. Kramer, R. Krampitz, A. Kramer-Flecken, N. Krawczyk, T. Kremeyer, J. Krom, I. Ksiazek, M. Kubkowska, G. Kuhner, T. Kurki-Suonio, P.A. Kurz, M. Landreman, P. Lang, R. Lang, S. Langish, H. Laqua, R. Laube, S. Lazerson, C. Lechte, M. Lennartz, W. Leonhardt, C. Li, C. Li, Y. Li, Y. Liang, C. Linsmeier, S. Liu, J.-. Lobsien, D. Loesser, J. Loizu Cisquella, J. Lore, A. Lorenz, M. Losert, A. Lucke, A. Lumsdaine, V. Lutsenko, H. Maassberg, O. Marchuk, J.H. Matthew, S. Marsen, M. Marushchenko, S. Masuzaki, D. Maurer, M. Mayer, K. Mccarthy, P. Mcneely, A. Meier, D. Mellein, B. Mendelevitch, P. Mertens, D. Mikkelsen, A. Mishchenko, B. Missal, J. Mittelstaedt, T. Mizuuchi, A. Mollen, V. Moncada, T. Monnich, T. Morisaki, D. Moseev, S. Murakami, G. Nafradi, M. Nagel, D. Naujoks, H. Neilson, R. Neu, O. Neubauer, T. Ngo, D. Nicolai, S.K. Nielsen, H. Niemann, T. Nishizawa, R. Nocentini, C. Nuhrenberg, J. Nuhrenberg, S. Obermayer, G. Offermanns, K. Ogawa, J. Olmanns, J. Ongena, J.W. Oosterbeek, G. Orozco, M. Otte, L. Pacios Rodriguez, N. Panadero, N. Panadero Alvarez, D. Papenfuss, S. Paqay, E. Pawelec, T.S. Pedersen, G. Pelka, V. Perseo, B. Peterson, D. Pilopp, S. Pingel, F. Pisano, B. Plaum, G. Plunk, P. Poloskei, M. Porkolab, J. Proll, M.-. Puiatti, A. Puig Sitjes, F. Purps, M. Rack, S. Recsei, A. Reiman, F. Reimold, D. Reiter, F. Remppel, S. Renard, R. Riedl, J. Riemann, K. Risse, V. Rohde, H. Rohlinger, M. Rome', D. Rondeshagen, P. Rong, B. Roth, L. Rudischhauser, K. Rummel, T. Rummel, A. Runov, N. Rust, L. Ryc, S. Ryosuke, R. Sakamoto, M. Salewski, A. Samartsev, M. Sanchez, F. Sano, S. Satake, J. Schacht, G. Satheeswaran, F. Schauer, T. Scherer, A. Schlaich, G. Schlisio, F. Schluck, K.-. Schluter, J. Schmitt, H. Schmitz, O. Schmitz, S. Schmuck, M. Schneider, W. Schneider, P. Scholz, R. Schrittwieser, M. Schroder, T. Schroder, R. Schroeder, H. Schumacher, B. Schweer, S. Sereda, B. Shanahan, M. Sibilia, P. Sinha, S. Siplia, C. Slaby, M. Sleczka, W. Spiess, D.A. Spong, A. Spring, R. Stadler, M. Stejner, L. Stephey, U. Stridde, C. Suzuki, V. Szabo, T. Szabolics, T. Szepesi, Z. Szokefalvi-Nagy, N. Tamura, A. Tancetti, J. Terry, J. Thomas, M. Thumm, J.M. Travere, P. Traverso, J. Tretter, H. Trimino Mora, H. Tsuchiya, T. Tsujimura, S. Tulipan, B. Unterberg, I. Vakulchyk, S. Valet, L. Vano, P. van Eeten, B. van Milligen, A.J. van Vuuren, L. Vela, J.-. Velasco, M. Vergote, M. Vervier, N. Vianello, H. Viebke, R. Vilbrandt, A. von Stechow, A. Vorkoper, S. Wadle, F. Wagner, E. Wang, N. Wang, Z. Wang, T. Wauters, L. Wegener, J. Weggen, T. Wegner, Y. Wei, G. Weir, J. Wendorf, U. Wenzel, A. Werner, A. White, B. Wiegel, F. Wilde, T. Windisch, M. Winkler, A. Winter, V. Winters, S. Wolf, R.C. Wolf, A. Wright, G. Wurden, P. Xanthopoulos, H. Yamada, I. Yamada, R. Yasuhara, M. Yokoyama, M. Zanini, M. Zarnstorff, A. Zeitler, H. Zhang, J. Zhu, M. Zilker, A. Zocco, S. Zoletnik, M. Zuin
		
	Appare nelle tipologie:
	
			01 - Articolo su periodico

File in questo prodotto:

File	Dimensione	Formato
s41586-021-03687-w.pdf accesso aperto Tipologia: Publisher's version/PDF Dimensione 2.64 MB Formato Adobe PDF Visualizza/Apri	2.64 MB	Adobe PDF	Visualizza/Apri

Pubblicazioni consigliate

I documenti in IRIS sono protetti da copyright e tutti i diritti sono riservati, salvo diversa indicazione.

Utilizza questo identificativo per citare o creare un link a questo documento: https://hdl.handle.net/2434/904354

Citazioni

0

71

67

IRIS Institutional Research Information System - AIR Archivio Istituzionale della Ricerca