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Tokamak-like confinement at high beta and low field in the reversed field pinch

J S Sarff, J K Anderson, T M Biewer, D L Brower, B E Chapman, P K Chattopadhyay, D Craig, B Deng, D J Den Hartog, W X Ding2003年Plasma Physics and Controlled FusionIF 2.2出版社

For several reasons, improved-confinement achieved in the reversed field pinch (RFP) during the last few years can be characterized as 'tokamak-like'. Historically, RFP plasmas have had relatively poor confinement due to tearing instability which causes magnetic stochasticity and enhanced transport. Tearing reduction is achieved through modification of the inductive current drive, which dramatically improves confinement. The electron temperature increases to >1 keV and the electron heat diffusivity decreases to ∼5 m2 s−1, comparable with the transport level expected in a tokamak plasma of the same size and current. This corresponds to a 10-fold increase in global energy confinement. Runaway electrons are confined, and Fokker–Planck modelling of the electron distribution reveals that the diffusion at high energy is independent of the parallel velocity, uncharacteristic of stochastic transport. Improved-confinement occurs simultaneously with increased beta ∼15%, while maintaining a magnetic field strength ten times weaker than a comparable tokamak. Measurements of the current, magnetic, and electric field profiles show that a simple Ohm's Law applies to this RFP sustained without dynamo relaxation.

日本語訳

いくつかの理由から、逆転磁場ピンチ(RFP)においてここ数年で達成された閉じ込めの改善は、「トカマク的」と特徴づけることができる。歴史的に、RFPプラズマは、磁気確率化と輸送の増大を引き起こすテアリング不安定性により、閉じ込めが比較的貧弱であった。テアリングの低減は、誘導電流駆動の修正によって達成され、これにより閉じ込めが劇的に改善される。電子温度は1 keVを超えて上昇し、電子熱拡散係数は約5 m²s⁻¹まで低下する。これは、同じサイズと電流のトカマクプラズマで予想される輸送レベルに匹敵する。これは、全球エネルギー閉じ込めの10倍の増加に相当する。逃走電子は閉じ込められ、フォッカー・プランクモデリングによる電子分布の解析は、高エネルギーでの拡散が平行速度に依存しないことを示しており、これは確率化輸送の特徴とは異なる。閉じ込めの改善は、ベータ値が約15%に増加すると同時に発生し、その際、磁場強度は同等のトカマクよりも10倍弱いままである。電流、磁場、および電場プロファイルの測定は、ダイナモ緩和を伴わずに維持されるこのRFPに単純なオームの法則が適用されることを示している。

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Reversed field pinch
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