The effects of variations in net toroidal currenton the Mercier criterion are studied in a heliotron configurationunder the free boundary condition.The plasma column and the magnetic axis are shifted horizontally by the net toroidal current because the free boundary condition changes the effective vertical field.The direction of the shift depends on the direction of the current. In the case of a subtractive current density peaked at the axis, which decreases the rotational transform,the equilibrium is more stable than the no net current equilibrium,although the plasma axis is shifted inwards by the current itself. This is because the Shafranov shift is greater than the inward axis shift caused by the current itself, and the magnetic well is enhanced.In the case of additive currents which increase the rotational transform,there is a tendency for the stability to be improvedas the peak position of the current densityvaries from the axis to the peripheral region.This improvement is due to the enhancement of the magnetic shear at low betaand the magnetic well at high beta. As in the no net current case,the equilibrium with an additive hollow currentunder the free boundary condition is more stable than that under the fixed boundary conditionbecause magnetic well stabilization is enhanced. When the subtractive current peaked at the axis and the additive hollow current flow simultaneously so that the total current is zero or slightly additive,the interchange mode can be stabilized even if the corresponding equilibrium with no net currentis strongly Mercier unstable.
自由境界条件下のヘリオトロン配位において、正味のトロイダル電流の変化がメルシエ判定基準に及ぼす影響を調べた。自由境界条件は実効的な垂直磁場を変化させるため、プラズマ柱と磁気軸は正味のトロイダル電流によって水平方向にシフトする。シフトの向きは電流の向きに依存する。回転変換を減少させる軸上にピークを持つ減算的電流密度の場合、プラズマ軸は電流自体によって内側にシフトするが、平衡は正味電流なしの平衡よりも安定である。これは、シャフラノフシフトが電流自体による内側への軸シフトよりも大きく、磁気井戸が強化されるためである。回転変換を増加させる加算的電流の場合、電流密度のピーク位置が軸から周辺領域へと変化するにつれて、安定性が向上する傾向がある。この向上は、低ベータでの磁気シアの強化と高ベータでの磁気井戸の強化によるものである。正味電流なしの場合と同様に、自由境界条件下での加算的ホロー電流を伴う平衡は、磁気井戸の安定化が強化されるため、固定境界条件下のものよりも安定である。軸上にピークを持つ減算的電流と加算的ホロー電流が同時に流れ、全電流がゼロまたはわずかに加算的となる場合、正味電流なしの対応する平衡が強くメルシエ不安定であっても、交換型モードを安定化できる。