A better understanding of the physics of tokamak breakdown has the potential to ensure reliable operation and increase confidence in the startup scenarios of future tokamak devices. This article presents an experimental validation of 0D Townsend breakdown theory in a toroidal geometry using the TCV tokamak and two separate time-dependent 2D torodally-symmetric electromagnetic field reconstruction techniques. Breakdown parameters have been scanned along three experimental axes: neutral pressure, toroidal loop voltage, and—for the first time—poloidal magnetic field null gradient. The magnetic null gradient is observed to have a direct influence on the effective connection length: a smaller magnetic null gradient leads to a larger effective connection length and hence a lower loop voltage required for breakdown. 0D Townsend theory successfully predicts whether a breakdown would occur within 1σ error bars in over 96% of cases only when a minimum number of ionizing collisions per unit connection length between 8 and 13 is considered. Secondary electron emission from the high-field-side (HFS) wall is hypothesized to explain both the observed proximity of early radiation to the HFS wall and the empirically inferred minimum number of ionizing collisions required per connection length to achieve the onset of breakdown. There could be, however, additional physics at play.
トカマク破壊（ブレークダウン）の物理のより深い理解は、将来のトカマク装置の起動シナリオにおける信頼性の高い運転を確保し、確信を高める可能性を有する。本論文では、TCVトカマクと、2つの独立した時間依存2次元トロイダル対称電磁界再構成手法を用いて、トロイダル幾何学における0次元タウンゼント破壊理論の実験的検証を提示する。破壊パラメータは、中性ガス圧、トロイダルループ電圧、そして初めてとなるポロイダル磁場のヌル勾配という3つの実験軸に沿って走査された。磁場ヌル勾配は、有効連接長に直接的な影響を与えることが観察された：磁場ヌル勾配が小さいほど有効連接長は長くなり、したがって破壊に必要なループ電圧は低くなる。0次元タウンゼント理論は、単位連接長あたりの電離衝突数が8から13の間の最小値であることを考慮した場合にのみ、96%を超えるケースで1σ誤差範囲内で破壊が発生するかどうかを首尾よく予測する。高磁場側（HFS）壁からの二次電子放出は、初期放射がHFS壁に近接して観測されたことと、破壊の開始を達成するために単位連接長あたりに必要とされる電離衝突数の経験的に推定された最小値の両方を説明する仮説である。しかしながら、追加の物理が作用している可能性もある。