Main ions influence impurity dynamics through a variety of mechanisms; in particular, via impurity-ion collisions. To lowest order in an expansion in the main ion mass over the impurity mass, the impurity-ion collision operator only depends on the component of the main ion distribution that is odd in the parallel velocity. These lowest order terms give the parallel friction of the impurities with the main ions, which is typically assumed to be the main cause of collisional impurity transport. Next-order terms in the mass ratio expansion of the impurity-ion collision operator, proportional to the component of the main ion distribution that is even in the parallel velocity, are usually neglected. However, in stellarators, the even component of the main ion distribution can be very large. In this article, such next-order terms in the mass ratio expansion of the impurity-ion collision operator are retained, and analytical expressions for the neoclassical radial flux of trace impurities are calculated in the Pfirsch–Schlüter, plateau and regimes. The new terms provide a drive for impurity transport that is physically very different from parallel friction: they are associated to anisotropy in the pressure of the main ions, which translates into impurity pressure anisotropy. It is argued that main ion pressure anisotropy must be taken into account for a correct description of impurity transport in certain realistic stellarator plasmas. Examples are given by numerically evaluating the analytical expressions for the impurity flux.
主イオンは、不純物のダイナミクスにさまざまな機構を通じて影響を及ぼす。特に、不純物–イオン衝突を通じて影響を与える。主イオン質量と不純物質量の比に関する展開の最低次では、不純物–イオン衝突演算子は、平行速度に関して奇関数である主イオン分布の成分のみに依存する。これらの最低次の項は、主イオンと不純物の間の平行摩擦を与え、これは典型的には衝突による不純物輸送の主な原因であると仮定されている。質量比展開における不純物–イオン衝突演算子の次次の項は、平行速度に関して偶関数である主イオン分布の成分に比例し、通常は無視される。しかしながら、ステラレータにおいては、平行速度に関して偶関数である主イオン分布の成分は非常に大きくなり得る。本論文では、不純物–イオン衝突演算子の質量比展開におけるこのような次次の項を保持し、Pfirsch–Schlüter、プラトー、および 領域におけるトレース不純物の新古典論的動径フラックスに対する解析的表現を計算する。新しい項は、平行摩擦とは物理的に非常に異なる不純物輸送の駆動力を提供する。すなわち、それらは主イオンの圧力の異方性に関連しており、それが不純物の圧力異方性へと変換される。特定の現実的なステラレータプラズマにおける不純物輸送の正確な記述には、主イオンの圧力異方性を考慮に入れなければならないことが論じられる。不純物フラックスに対する解析的表現を数値的に評価することにより、例が示される。