Scaling laws of potential formation and associated effects along with their physical interpretations are consolidated on the basis of experimental verification using the GAMMA 10 tandem mirror. A proposal of extended consolidation and generalization of the two major theories—(i) Cohen's strong electron cyclotron heating (ECH) theory for the formation physics of plasma confining potentials and (ii) the generalized Pastukhov theory for the effectiveness of the produced potentials on plasma confinement is made through the use of the energy balance equation. This proposal is then followed by verification using experimental data from two representative operational modes of GAMMA 10, characterized in terms of (i) a high-potential mode having plasma confining potentials of the order of kilovolts and (ii) a hot ion mode yielding fusion neutrons with bulk ion temperatures of 10–20 keV. The importance of the validity of the proposed physics-based scaling is highlighted by the possibility of extended capability inherent in Pastukhov's prediction of requiring an ion confining potential of ∼30 kV for a fusion Q value of unity on the basis of an application of Cohen's potential formation method. In addition to the above potential physics scaling, an externally controllable parameter scaling of the potential formation increasing with either plug or barrier ECH powers is summarized. The combination of (i) the physics-based scaling of the proposed consolidation of potential formation and effects with (ii) the externally controllable practical ECH power scaling provides a new direction for future tandem mirror studies.
スケーリング則の物理的解釈とそれに伴う効果は、GAMMA 10タンデムミラーを用いた実験的検証に基づいて統合される。プラズマ閉じ込めポテンシャルの形成物理に関するコーエンの強力電子サイクロトロン加熱（ECH）理論と、生成されたポテンシャルのプラズマ閉じ込めに対する有効性に関する一般化パストゥホフ理論という2つの主要理論の拡張的統合と一般化が、エネルギー収支方程式を用いることにより提案される。この提案は、その後、GAMMA 10の2つの代表的な運転モードからの実験データを用いた検証が続けられる。これらのモードは、(i) キロボルトオーダーのプラズマ閉じ込めポテンシャルを有する高ポテンシャルモード、および (ii) 10〜20 keVのバルクイオン温度を有し核融合中性子を生成する高温イオンモードによって特徴づけられる。提案された物理ベースのスケーリング則の妥当性は、コーエンのポテンシャル形成法の適用に基づいて、核融合利得Q値が1となるために約30 kVのイオン閉じ込めポテンシャルが必要であるというパストゥホフの予測に内在する拡張能力の可能性によって強調される。上記のポテンシャル物理スケーリングに加えて、プラグまたはバリアのECHパワーの増加に伴って増大するポテンシャル形成の外部制御可能パラメータスケーリングも要約される。ポテンシャル形成とその効果の提案された統合に関する物理ベースのスケーリングと、外部制御可能な実用的ECHパワースケーリングとの組み合わせは、将来のタンデムミラー研究に新たな方向性を提供するものである。