A model for the non-inductive initiation of a closed flux surface observed in electron cyclotron (EC) heated toroidal plasmas is presented. First, a pressure-driven equilibrium toroidal current develops under a weak external vertical field so as to counter balance the pressure-ballooning and current-hoop forces. When the self-field from the current almost cancels out the external vertical field, a forward energetic part of electrons in the velocity space begins to make cross-field passing (CFP) orbits. The CFP electrons are generated by the EC heating of bulk electrons and subsequent pitch-angle scattering, which is analyzed using the Fokker–Planck equation. They provide an additional current that closes the field lines. The model is examined for experiments in the small low aspect ratio device of LATE and in the large conventional device of JT-60U with a search for appropriate modes of EC heating. Simultaneous coincidence of the model with these two experiments is obtained in terms of microwave power and driven current. The results predict that initiation of a closed flux surface requires more and more EC power as the plasma major radius increases. In particular, careful injection of high N|| EC waves is needed for large devices, both for initiation of a closed flux surface and for subsequent enlargement of the flux surface by the usual EC current drive onto the closed flux area.
電子サイクロトロン(EC)加熱されたトロイダルプラズマにおいて観測される閉じた磁気面の非誘導的開始に関するモデルを提示する。まず、弱い外部鉛直磁場の下で、圧力バルーニング力と電流フープ力に対抗するように、圧力駆動の平衡トロイダル電流が発生する。この電流による自己磁場が外部鉛直磁場をほぼ打ち消すとき、速度空間内の電子の前方エネルギー部分が横断磁場通過(CFP)軌道を描き始める。CFP電子は、バルク電子のEC加熱とそれに続くピッチ角散乱によって生成され、これはフォッカー・プランク方程式を用いて解析される。それらは磁力線を閉じる追加の電流を提供する。このモデルは、小型低アスペクト比装置LATEと大型従来型装置JT-60Uにおける実験に対して、適切なEC加熱モードの探索とともに検証される。マイクロ波パワーと駆動電流に関して、このモデルとこれら2つの実験との同時一致が得られる。結果は、閉じた磁気面の開始には、プラズマ主半径が大きくなるにつれてますます多くのECパワーが必要となることを予測する。特に、大型装置では、閉じた磁気面の開始と、その後の閉じた磁気面領域への通常のEC電流駆動による磁気面の拡大の両方のために、高いN||のEC波の注意深い入射が必要である。