A repetitively driven compact toroid (CT) injector has been developed for the large field-reversed configuration (FRC) facility of the C-2/C-2U, primarily for particle refueling. A CT is formed and injected by a magnetized coaxial plasma gun (MCPG) exclusively developed for the C-2/C-2U FRC. To refuel the particles of long-lived FRCs, multiple CT injections are required. Thus, a multi-stage discharge circuit was developed for a multi-pulsed CT injection. The drive frequency of this system can be adjusted up to 1 kHz and the number of CT shots per injector is two; the system can be further upgraded for a larger number of injection pulses. The developed MCPG can achieve a supersonic ejection velocity in the range of ~100 km s−1. The key plasma parameters of electron density, electron temperature and the number of particles are ~5 × 1021 m−3, ~30 eV and 0.5–1.0 × 1019, respectively. In this project, single- and double-pulsed counter CT injection fueling were conducted on the C-2/C-2U facility by two CT injectors. The CT injectors were mounted 1 m apart in the vicinity of the mid-plane. To avoid disruptive perturbation on the FRC, the CT injectors were operated at the lower limit of the particle inventory. The experiments demonstrated successful refueling with a significant density build-up of 20–30% of the FRC particle inventory per single CT injection without any deleterious effects on the C-2/C-2U FRC.
繰り返し駆動式コンパクトトロイド（CT）入射器が、主に粒子補給を目的として、C-2/C-2Uの大型磁場反転配位（FRC）装置向けに開発された。CTは、C-2/C-2U FRC専用に開発された磁化同軸プラズマガン（MCPG）によって生成・入射される。長寿命FRCの粒子を補給するには、複数回のCT入射が必要である。そこで、多パルスCT入射用の多段放電回路が開発された。このシステムの駆動周波数は最大1 kHzまで調整可能であり、入射器1基あたりのCTショット数は2回である。システムは、より多くの入射パルス数に対応するようさらにアップグレード可能である。開発されたMCPGは、〜100 km s−1の範囲の超音速射出速度を達成できる。主要なプラズマパラメータである電子密度、電子温度、粒子数は、それぞれ〜5 × 10^21 m^-3、〜30 eV、0.5–1.0 × 10^19である。本プロジェクトでは、2基のCT入射器を用いて、C-2/C-2U装置において単発および二連パルスの対向CT入射補給を実施した。CT入射器は中間面近傍に1 m間隔で設置された。FRCに対する破壊的摂動を避けるため、CT入射器は粒子インベントリの下限で運転された。実験により、C-2/C-2U FRCに対する有害な影響を及ぼすことなく、1回のCT入射あたりFRC粒子インベントリの20〜30%の有意な密度上昇を伴う補給の成功が実証された。