Transient coaxial helicity injection (transient CHI) on the QUEST (Q-shu University Experiment with Steady-State ST) spherical tokamak (ST) has recently validated the floating biased electrode configuration for solenoid-free plasma startup. In support of a significant divertor upgrade on QUEST, the details of the transient CHI injector geometry on QUEST have been examined more closely using tokamak simulation code (TSC) simulations. QUEST uses a HIT-II-like (Helicity Injected Torus) injector configuration in which the injector region is comprised of coaxial injector electrodes located in the lower part of the machine. TSC simulations indicate high injector flux operation may benefit from an increased gap between the coaxial electrodes. This is the first study to examine the differences between an open and closed electrode configuration for solenoid-free plasma startup using transient CHI. Results show that both configurations can generate similar levels of closed flux, but the closed configuration may be easier to implement in some ST designs as a much smaller portion of the injector needs to be close to the injector flux coil. Results show that increasing the electrode gap width from the present 10.8 cm to about 15–20 cm would increase the closed flux fraction by about 40%. The results presented in this paper are generally applicable to the CHI design for other STs.
QUEST（Q-shu University Experiment with Steady-State ST）球状トカマク（ST）における過渡的同軸ヘリシティ入射（過渡CHI）は、最近、ソレノイドフリーのプラズマ立上げのための浮遊バイアス電極構成を検証した。QUESTにおける重要なダイバータ改修を支援するため、QUEST上の過渡CHIインジェクター形状の詳細を、トカマクシミュレーションコード（TSC）シミュレーションを用いてより詳しく調べた。QUESTは、HIT-II類似（Helicity Injected Torus）のインジェクター構成を採用しており、この構成では、インジェクター領域は装置下部に配置された同軸インジェクター電極で構成される。TSCシミュレーションは、高インジェクター磁束運転が同軸電極間のギャップを拡大することで恩恵を受ける可能性があることを示している。これは、過渡CHIを用いたソレノイドフリーのプラズマ立上げにおける、開放型と閉鎖型の電極構成の違いを調べた最初の研究である。結果は、両構成が同程度の閉磁束を生成できることを示しているが、閉鎖型構成は、インジェクターのごく一部のみをインジェクター磁束コイルに近接させればよいため、一部のST設計では実装が容易かもしれない。結果は、電極ギャップ幅を現在の10.8 cmから約15〜20 cmに広げると、閉磁束割合が約40%増加することを示している。本論文で提示された結果は、他のSTのCHI設計に一般的に適用可能である。