In magnetic confinement fusion devices, the ratio of the plasma pressure to the magnetic field energy, β, can become sufficiently large that electromagnetic microinstabilities become unstable, driving turbulence that distorts or reconnects the equilibrium magnetic field. In this paper, a theory is proposed for electromagnetic, electron-driven linear instabilities that have current layers localised to mode-rational surfaces and binormal wavelengths comparable to the ion gyroradius. The model retains axisymmetric toroidal geometry with arbitrary shaping, and consists of orbit-averaged equations for the mode-rational surface layer, with a ballooning space kinetic matching condition for passing electrons. The matching condition connects the current layer to the large scale electromagnetic fluctuations, and is derived in the limit that β is comparable to the square root of the electron-to-ion-mass ratio. Electromagnetic fluctuations only enter through the matching condition, allowing for the identification of an effective β that includes the effects of equilibrium flux surface shaping. The scaling predictions made by the asymptotic theory are tested with comparisons to results from linear simulations of micro-tearing and electrostatic microinstabilities in MAST discharge #6252, showing excellent agreement. In particular, it is demonstrated that the effective β can explain the dependence of the local micro-tearing mode (MTM) growth rate on the ballooning parameter θ0–possibly providing a route to optimise local flux surfaces for reduced MTM-driven transport.
磁気閉じ込め核融合装置において、プラズマ圧力と磁場エネルギーの比βは、電磁マイクロ不安定性が不安定化されるほど大きくなり得る。これにより乱流が駆動され、平衡磁場が歪曲または再結合を起こす。本論文では、モード有理面に局在した電流層を持ち、イオンジャイロ半径に匹敵するビノーマル波長を有する電磁的電子駆動線形不安定性に対する理論を提案する。このモデルは、任意形状を有する軸対称トロイダル幾何学を保持し、モード有理面に対する軌道平均方程式と、通過電子に対するバルーニング運動学的整合条件から構成される。整合条件は電流層を大規模電磁変動に接続し、βが電子-イオン質量比の平方根に匹敵するという極限で導出される。電磁変動は整合条件を通じてのみ進入し、これにより平衡フラックス面形状の効果を含む有効βの同定が可能となる。漸近理論によるスケーリング予測は、MAST放電#6252におけるマイクロティアリングおよび静電マイクロ不安定性の線形シミュレーション結果との比較によって検証され、優れた一致を示す。特に、有効βがバルーニングパラメータθ₀に対する局所マイクロティアリングモード（MTM）成長率の依存性を説明できることが実証され、これはMTM駆動輸送を低減するための局所フラックス面最適化の可能性を提供する。