In the Alcator C-Mod tokamak, strong, steady-state variations of molybdenum density within a flux surface are routinely observed in plasmas using hydrogen minority ion cyclotron resonant heating. In/out asymmetries, up to a factor of 2, occur with either inboard or outboard accumulation depending on the major radius of the minority resonance layer. These poloidal variations can be attributed to the impurity's high charge and large mass in the neoclassical parallel force balance. The large mass enhances the centrifugal force, causing outboard accumulation while the high charge enhances ion-impurity friction and makes impurities sensitive to small poloidal variations in the plasma potential. Quantitative comparisons between existing parallel high-Z impurity transport theories and experimental results for r/a < 0.7 show good agreement when the resonance layer is on the high-field side of the tokamak but disagree substantially for low-field side heating. Ion-impurity friction is insufficient to explain the experimental results, and the accumulation of impurity density on the inboard side of flux surface is shown to be driven by a poloidal potential variation due to magnetic trapping of non-thermal, cyclotron heated minority ions. Parallel impurity transport theory is extended to account for cyclotron effects and shown to agree with experimentally measured impurity density asymmetries.
Alcator C-Modトカマクにおいて、水素マイノリティイオンサイクロトロン共鳴加熱を用いたプラズマでは、磁気面内でのモリブデン密度の強い定常的な変動が日常的に観測される。内外非対称性は、最大2倍の大きさに達し、マイノリティ共鳴層の主半径に応じて、内側または外側への蓄積のいずれかが生じる。これらのポロイダル変動は、新古典並行力平衡における不純物の高電荷と大質量に起因すると考えられる。大質量は遠心力を増強し、外側への蓄積を引き起こす一方、高電荷はイオン-不純物間摩擦を増強し、不純物をプラズマ電位の小さなポロイダル変動に対して敏感にする。既存の高Z不純物並行輸送理論とr/a < 0.7における実験結果との定量的比較では、共鳴層がトカマクの高磁場側にある場合には良好な一致を示すが、低磁場側加熱の場合には substantial な不一致が見られる。イオン-不純物間摩擦だけでは実験結果を説明するのに不十分であり、磁気面内側への不純物密度の蓄積は、非熱的なサイクロトロン加熱されたマイノリティイオンの磁気捕捉によるポロイダル電位変動によって駆動されることが示される。並行不純物輸送理論はサイクロトロン効果を考慮するよう拡張され、実験的に測定された不純物密度非対称性と一致することが示される。