The potential for damage, the magnitude of the extrapolation, and the importance of the atypical—incidents that occur once in a thousand shots—make theory and simulation essential for ensuring that relativistic runaway electrons will not prevent ITER from achieving its mission. Most of the theoretical literature on electron runaway assumes magnetic surfaces exist. ITER planning for the avoidance of halo and runaway currents is focused on massive-gas or shattered-pellet injection of impurities. In simulations of experiments, such injections lead to a rapid large-scale magnetic-surface breakup. Surface breakup, which is a magnetic reconnection, can occur on a quasi-ideal Alfvénic time scale when the resistance is sufficiently small. Nevertheless, the removal of the bulk of the poloidal flux, as in halo-current mitigation, is on a resistive time scale. The acceleration of electrons to relativistic energies requires the confinement of some tubes of magnetic flux within the plasma and a resistive time scale. The interpretation of experiments on existing tokamaks and their extrapolation to ITER should carefully distinguish confined versus unconfined magnetic field lines and quasi-ideal versus resistive evolution. The separation of quasi-ideal from resistive evolution is extremely challenging numerically, but is greatly simplified by constraints of Maxwell's equations, and in particular those associated with magnetic helicity. The physics of electron runaway along confined magnetic field lines is clarified by relations among the poloidal flux change required for an e-fold in the number of electrons, the energy distribution of the relativistic electrons, and the number of relativistic electron strikes that can be expected in a single disruption event.
損傷の可能性、外挿の大きさ、そして千回に一度しか起こらない異常事象の重要性は、相対論的逃走電子がITERの使命達成を妨げないことを確実にするために、理論とシミュレーションが不可欠であることを意味している。電子逃走に関する理論文献の大部分は、磁気面が存在することを仮定している。ハロー電流および逃走電流の回避に関するITERの計画は、不純物の大規模ガス注入または破砕ペレット注入に焦点を当てている。実験のシミュレーションでは、そのような注入は急速な大規模磁気面破壊をもたらす。磁気面破壊は磁気リコネクションであり、抵抗が十分に小さい場合には準理想的なアルヴェーン時間スケールで発生し得る。それでもなお、ハロー電流緩和におけるようにポロイダル磁束の大部分を除去することは、抵抗性時間スケールで進行する。電子の相対論的エネルギーへの加速には、プラズマ内への一部の磁束管の閉じ込めと抵抗性時間スケールが必要である。既存のトカマクにおける実験の解釈およびそのITERへの外挿は、閉じ込められた磁力線と閉じ込められていない磁力線、ならびに準理想進化と抵抗性進化を注意深く区別すべきである。準理想進化と抵抗性進化の分離は数値的に極めて困難であるが、マクスウェル方程式の拘束条件、特に磁気ヘリシティに関連する拘束条件によって大幅に簡略化される。閉じ込められた磁力線に沿った電子逃走の物理は、電子数のe倍増加に必要なポロイダル磁束変化、相対論的電子のエネルギー分布、および単一のディスラプション事象において予想される相対論的電子衝突の回数の間の関係によって明確にされる。