Spherical tokamaks are known to differ from conventional tokamaks in a number of physics areas, but our understanding is limited by a comparative lack of experimental data. A comprehensive study of the density dependence of the H-mode power threshold PLH on the mega-amp spherical tokamak (MAST) is presented, mapping out the low-density and high-density branches, and describing different types of L-H transitions and intermediate behaviours. Transitions at low densities are characterised by longer preceding 3–4 kHz I-phase oscillations or intermittent periods. Commonly used PLH scalings underestimate the experimental values in this data set by at least an order of magnitude, and a fit to the high-density branch gives . To investigate the possibility of a critical edge ion heat flux, transitions of different densities and neutral beam heating powers were analysed with the interpretative transport code TRANSP, revealing that the heat flux possesses a density dependence independent of the net power. The density dependence of the electron heat flux and ion heat flux is caused by a decrease in beam heating efficiency for lower densities, with the fraction of injected power heating the plasma decreasing from 80% to 20% at low densities. Low-density discharges have greater fast ion orbit and charge-exchange losses, which are seen in Mirnov signals as chirping 50–20 kHz modes and broadband MHD at 150–250 kHz. The captured beam power estimate by TRANSP, which only corrects for shine-through losses, is a significant overestimate for low-density plasmas on MAST. If the PLH study is adjusted to account for all losses, the scatter in H-mode points is reduced and the density exponent is increased to . A residual low-density branch remains due to the variation.
球状トカマクは、多くの物理学的領域において従来型トカマクとは異なることが知られているが、我々の理解は実験データの比較的不足によって制限されている。メガアンペア球状トカマク(MAST)におけるHモード電力閾値PLHの密度依存性に関する包括的研究を提示し、低密度および高密度分岐をマッピングし、異なるタイプのL-H遷移と中間的挙動を記述する。低密度での遷移は、より長い先行する3–4 kHzのI相振動または間欠的期間によって特徴づけられる。一般的に使用されるPLHスケーリングは、このデータセットにおける実験値を少なくとも一桁過小評価し、高密度分岐へのフィッティングは を与える。臨界周辺イオン熱流束の可能性を調査するために、異なる密度および中性ビーム加熱パワーの遷移を解釈的輸送コードTRANSPを用いて解析し、熱流束が正味電力とは独立した密度依存性を持つことを明らかにした。電子熱流束 およびイオン熱流束 の密度依存性は、低密度でのビーム加熱効率の低下によって引き起こされ、プラズマを加熱する入射パワーの割合 は低密度で80%から20%へ減少する。低密度放電はより大きな高速イオン軌道損失および荷電交換損失を持ち、これらはミルノフ信号においてチャープする50–20 kHzモードおよび150–250 kHzの広帯域MHDとして観測される。シャインスルー損失のみを補正するTRANSPによる捕捉ビームパワー推定値は、MAST上の低密度プラズマに対して有意に過大評価である。PLH研究をすべての損失を考慮して調整すると、Hモード点のばらつきは減少し、密度指数は に増加する。 変動により、残留する低密度分岐が残る。