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Plasma rotation driven by rotating magnetic fields

Baoming Ren, Jiadong Zhang, Zhida Yang, Guanghui Zhu, Haiyang Zhou, Jian Zheng, Xuan Sun2021年Plasma Physics and Controlled FusionIF 2.2出版社

We report a novel method to control plasma rotation speed, namely, using the rotating magnetic field (RMF), which is a mature technique to form field reversed configuration, to drive the electron rotation and then the ion rotation via electron–ion collisions in a magnetic mirror plasma. It can be observed that the plasma starts rotating if the RMF strength exceeds a threshold value, corresponding to which the value of the magnetization parameter becomes larger than the value of the penetration parameter. The flow speed achieved in this experiment is approximately 0.14 Mach. The rotation is found to start from outside to inside with the propagating time almost equal to the penetration time of the RMFs. Also, a clear sheared flow is observed to have developed in the region of core plasma. It has been further identified that the electron–ion friction is the dominant force to drive the ion spinning up. The rotation speed is primarily determined by the RMF strength, instead of background magnetic field strength, which may offer a method to study the effect of rotation on the confinement in different magnetic field strengths while keeping the rotation profile intact.

日本語訳

我々は、プラズマ回転を制御する新規な方法、すなわち、磁気ミラー型プラズマにおいて、磁場反転配位を形成するための成熟した技術である回転磁場(RMF)を用いて電子を駆動し、電子-イオン衝突を介してイオン回転を駆動する方法を報告する。RMF強度が閾値を超えると、プラズマが回転し始めることが観測され、その閾値は、磁化パラメータの値が浸透パラメータの値より大きくなる条件に対応する。本実験で達成された回転速度は約0.14マッハである。回転は外部から内部へと伝播し、その伝播時間はRMFの浸透時間とほぼ等しいことが分かった。また、コアプラズマ領域において明確なシア流が形成されることが観測された。さらに、イオン回転の駆動には電子-イオン摩擦力が支配的であることが特定された。回転速度は主にRMF強度によって決定され、背景磁場強度には依存しない。この特性は、回転プロファイルを維持したまま異なる磁場強度での閉じ込めに対する回転の影響を研究する方法を提供する可能性がある。

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Plasma rotation
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