Helical self-organized reversed-field pinch (RFP) regimes emerge both numerically—in 3D visco-resistive magnetohydrodynamic (MHD) simulations—and experimentally, as in the RFX-mod device at high current (IP above 1 MA). These states, called quasi-single helicity (QSH) states, are characterized by the action of a MHD mode that impresses a quasi-helical symmetry to the system, thus allowing a high degree of magnetic chaos healing. This is in contrast with the multiple helicity (MH) states, where magnetic fluctuations create a chaotic magnetic field degrading the confinement properties of the RFP. This paper reports an extensive numerical study performed in the frame of 3D visco-resistive MHD which considers the effect of helical magnetic boundary conditions, i.e. of a finite value of the radial magnetic field at the edge (magnetic perturbation, MP). We show that the system can be driven to a selected QSH state starting from both spontaneous QSH and MH regimes. In particular, a high enough MP can force a QSH helical self-organization with a helicity different from the spontaneous one. Moreover, MH states can be turned into QSH states with a selected helicity. A threshold in the amplitude of MP is observed above which is able to influence the system. Analysis of the magnetic topology of these simulations indicates that the dominant helical mode is able to temporarily sustain conserved magnetic structures in the core of the plasma. The region occupied by conserved magnetic surfaces increases reducing secondary modes' amplitude to experimental-like values.
ヘリカル自己組織化された反転磁場ピンチ（RFP）状態は、数値的には3次元粘性抵抗性磁気流体力学（MHD）シミュレーションにおいて、また実験的には高電流（IP 1 MA以上）のRFX-mod装置において、ともに出現する。これらの状態は準単一ヘリシティ（QSH）状態と呼ばれ、系に準単一ヘリカル対称性を付与するMHDモードの作用によって特徴づけられ、それにより磁気カオスの高い治癒が可能となる。これは、磁気擾乱がカオス的な磁場を生成し、RFPの閉じ込め特性を劣化させる多重ヘリシティ（MH）状態とは対照的である。本論文は、磁気摂動（MP）、すなわち境界における有限値の径方向磁場の効果を考慮した3次元粘性抵抗性MHDの枠組みで実施された広範な数値研究を報告する。我々は、自発的QSH状態とMH状態の両方から出発して、系を選択されたQSH状態へ駆動できることを示す。特に、十分に高いMPは、自発的なものとは異なるヘリシティを持つQSHヘリカル自己組織化を強制できる。さらに、MH状態は選択されたヘリシティを持つQSH状態へ変換され得る。系に影響を及ぼし得るMPの振幅には閾値が存在する。これらのシミュレーションの磁気トポロジーの解析は、支配的なヘリカルモードがプラズマコア内の保存された磁気構造を一時的に維持できることを示している。保存された磁気面が占める領域は、二次モードの振幅を実験的な値に近い値へ低減することによって増大する。