Establishment of an efficient central solenoid (CS) free tokamak plasma start-up method may lead to an economical fusion reactor. CS-free start-up using lower hybrid (LH) waves has been studied on the TST-2 spherical tokamak. Plasma current of about a quarter of CS-driven discharges has been obtained fully non-inductively using the outer-midplane and top LH launchers. Recently, an outer-off-midplane LH launcher was developed to achieve higher plasma current by optimizing for core absorption and minimal fast electron losses. Using the (outer-)off-midplane launcher, fully non-inductive plasma current start-up up to about 8 kA was achieved. Coupled ray-tracing and Fokker–Planck simulation was performed on equilibria reconstructed with an extended MHD model. It was found that the experimentally observed plasma current was in reasonable agreement with the numerical simulation. The simulation predicted appreciable orbit losses for the off-midplane launcher driven discharge at the present parameters, which was consistent with the experimentally observed x-ray radiation characteristics. The simulation showed that the current density was saturated for the present off-midplane launcher discharges and higher density and higher LH power was necessary to achieve higher plasma current.
効率的な中心ソレノイド(CS)を用いないトカマクプラズマ立ち上げ法の確立は、経済的な核融合炉につながる可能性がある。低域混成(LH)波を用いたCSフリー立ち上げが、TST-2球状トカマクで研究されてきた。外側中平面および上部LHランチャーを用いて、CS駆動放電の約4分の1のプラズマ電流が完全非誘導的に得られている。最近、より高いプラズマ電流を達成するために、中心部吸収と最小の高速電子損失を最適化する外側オフ中平面LHランチャーが開発された。(外側)オフ中平面ランチャーを用いて、約8 kAまでの完全非誘導プラズマ電流立ち上げが達成された。拡張MHDモデルで再構成された平衡に対して、結合光線追跡およびフォッカー・プランクシミュレーションが実行された。実験的に観測されたプラズマ電流は数値シミュレーションと合理的に一致することが分かった。シミュレーションは、現在のパラメータにおけるオフ中平面ランチャー駆動放電について、相当な軌道損失を予測しており、これは実験的に観測されたX線放射特性と一致していた。シミュレーションは、現在のオフ中平面ランチャー放電では電流密度が飽和していることを示し、より高いプラズマ電流を達成するには、より高い密度とより高いLHパワーが必要であることを示した。