Flux-surface variations of the electrostatic potential are typically neglected in standard neoclassical theory, but in 3D devices they can be large enough to affect the radial particle flux of impurities. The radially local drift-kinetic equation solver SFINCS (stellarator Fokker–Planck iterative neoclassical conservative solver) (Landreman et al 2014 Phys. Plasmas21 042503) has been updated to account for these variations. In the present work we use SFINCS to perform a novel study of neoclassical particle transport in stellarators, where we simultaneously account for the flux-surface potential variations, several kinetic species including non-adiabatic electrons and non-trace impurities, and the full linearized Fokker–Planck–Landau collision operator for self- and inter-species collisions (with no expansion made in mass ratio). We also make a self-consistent calculation of the ambipolar radial electric field, to analyze how it is affected by the flux-surface variations and the presence of non-trace impurities. In a simulated Wendelstein 7-X plasma, we find that the impact of the flux-surface variations on the radial particle fluxes of all plasma species is small. In contrast, for an experimental impurity hole discharge in the Large Helical Device (LHD) the carbon flux can be strongly modified by the flux-surface potential variation and also the calculated ambipolar radial electric field can change. However, around mid radius the potential variations cause enhanced inward neoclassical carbon fluxes, rather than causing outward fluxes, thus suggesting that the role of flux-surface potential variations in neoclassical transport may not be the explanation for the impurity hole phenomenon observed in LHD plasmas.
磁気面変動による静電ポテンシャルの変化は、標準的な新古典理論では通常無視されるが、3次元装置ではその影響が不純物の径方向粒子束に影響を及ぼすほど大きくなることがある。径方向局所ドリフト運動論方程式ソルバーであるSFINCS（ステラレータ用フォッカー–プランク新古典保存ソルバー）（Landreman et al 2014 Phys. Plasmas 21 042503）は、これらの変動を考慮するように更新されている。本研究では、SFINCSを用いてステラレータにおける新古典粒子輸送の新たな研究を行う。ここでは、磁気面ポテンシャル変動、非断熱電子および非トレース不純物を含む複数の運動論種、ならびに自己種間および種間衝突に対する完全線形化フォッカー–プランク–ランダウ衝突演算子（質量比の展開なし）を同時に考慮する。また、非トレース不純物の存在と磁気面変動が非晶質径方向電場に及ぼす影響を解析するため、自己無撞着な非晶質径方向電場の計算も行う。模擬されたWendelstein 7-Xプラズマでは、磁気面変動が全プラズマ種の径方向粒子束に及ぼす影響は小さいことがわかった。対照的に、Large Helical Device（LHD）の実験的な不純物ホール放電では、炭素束が磁気面ポテンシャル変動によって強く修正され得り、計算された非晶質径方向電場も変化し得ることが示された。しかしながら、中間半径付近では、ポテンシャル変動は外向き粒子束ではなく内向きの新古典炭素粒子束を増強し、これはLHDプラズマで観測された不純物ホール現象の説明として、磁気面ポテンシャル変動が新古典輸送において果たす役割が必ずしも妥当ではないことを示唆している。