An important contribution to the magnetohydrodynamic equilibrium at the tokamak edge comes from the Pfirsch–Schlüter current. The parallel electric field that can be associated with these currents is necessarily poloidally asymmetric and makes a similarly nonuniform contribution to the radial electric field on a flux surface. Here the role of the poloidal variation of this radial electric field in the L–H transition power threshold is investigated. Dependence of the resulting electric fields on magnetic topology, geometric factors such as the upper/lower triangularity and elongation, and the relative position of the X-point(s) in the poloidal plane are examined in detail. Starting with the assumption that an initially more negative radial electric field at the edge helps lower the transition power threshold, we find that our results are in agreement with a variety of experimental observations. In particular, for a 'normal' configuration of the plasma current and toroidal field we show the following. (i) The net radial electric field contribution by the Pfirsch–Schlüter currents at the plasma edge is negative for a lower single null and positive for a corresponding upper single null geometry. (ii) It becomes more negative as the X-point height is reduced. (iii) It also becomes more negative as the X-point radius is increased. These observations are consistent with the observed changes in the L–H transition power threshold PLH under similar changes in the experimental conditions. In addition we find that (iv) in USN with an unfavourable ion ∇B drift direction, the net radial electric field contribution is positive but decreases as the X-point radius decreases. This is consistent with the C-Mod observation that an L–I mode transition can be triggered by increasing the upper triangularity in this configuration. (v) Locally the radial electric field is positive above the outer mid-plane and reverses sign with reversal of the toroidal field, consistent with DIII-D observations in low-power L-mode discharges. Thus, taken as a whole, the Pfirsch–Schlüter current-driven fields can explain a number of observations on the L–H or L–I transition and the required power threshold PLH levels not captured by simple scaling laws. They may indeed be an important 'hidden variable'.
トカマク周辺部における磁気流体平衡への重要な寄与は、フィルシュ・シュリューター電流によるものである。これらの電流に伴う平行電場は必然的にポロイダル方向に非対称であり、磁気面上の動径電場に対しても同様に非一様な寄与を与える。本論文では、この動径電場のポロイダル方向変動がL-H遷移パワー閾値において果たす役割を調査する。結果として得られる電場の、磁気トポロジー、上部・下部三角形度や伸長度などの幾何学的因子、ならびにポロイダル断面におけるX点の相対位置への依存性を詳細に調べる。周辺部において初期の動径電場がより負であることが遷移パワー閾値の低下に寄与するという仮定から出発し、我々の結果が多様な実験観測と一致することを見出す。特に、プラズマ電流とトロイダル磁場の「標準的な」配位に対して、以下のことを示す。(i) フィルシュ・シュリューター電流による周辺部動径電場への正味の寄与は、下部単一X点配位では負となり、対応する上部単一X点配位では正となる。(ii) X点の高さが低くなるほど、この寄与はより負になる。(iii) X点の半径が大きくなるほど、この寄与はより負になる。これらの観測結果は、実験条件を同様に変化させた際に観測されるL-H遷移パワー閾値PLHの変化と整合する。さらに、以下のことも見出す。(iv) イオンの∇Bドリフト方向が不利な上部単一X点配位では、動径電場への正味の寄与は正であるが、X点の半径が小さくなるにつれて減少する。これは、この配位において上部三角形度を増加させることでL-Iモード遷移が誘発され得るというC-Modの観測結果と整合する。(v) 局所的には、動径電場は外側中平面の上方で正であり、トロイダル磁場の反転に伴って符号が反転する。これは、低パワーLモード放電におけるDIII-Dの観測結果と整合する。したがって、全体として、フィルシュ・シュリューター電流駆動の電場は、単純なスケーリング則では説明できないL-H遷移またはL-I遷移と必要パワー閾値PLHに関する多くの観測結果を説明することができる。これらは重要な「隠れた変数」である可能性が高い。