Previously, the production of stable high-beta plasmas in the University of Wisconsin Levitated Toroidal Octupole has been reported. The plasma beta measured in the bad-curvature region ranges from β ~ 8% to 44% (ne ≈ (2–5) × 1013 cm−3, Bpol ≈ 200–860 G) in macroscopically stable plasmas with decay times in excess of 1000 Alfvén times. In this paper, theoretical work performed on non-MHD effects to explain the significant enhancement of plasma stability above the ideal-MHD ballooning instability limit of 4% is described. The effects are included in finite-n MHD theory and a detailed kinetic treatment including finite Larmor radius (FLR) and heat flow along field lines. The FLR effects are sufficient to explain the stability of the β = 8% plasma through coupling of the ballooning mode to a stable oscillatory ion drift wave. This cannot explain the stability of the more collisional, larger-gyroradius β = 44% plasma. Equilibrium diamagnetism is strongly affected by ion gyroviscosity in this plasma, and the role of this effect on the equilibrium and stability is discussed.
以前、ウィスコンシン大学の浮遊八極磁場装置（Levitated Octupole）において、安定な高ベータプラズマの生成が報告されている。悪曲率領域で測定されたプラズマベータは、巨視的に安定なプラズマにおいてβ〜8%から44%（ne ≈ (2–5) × 10¹³ cm⁻³、Bpol ≈ 200–860 G）の範囲であり、減衰時間は1000アルヴェン時間を超えている。本論文では、理想MHDバルーニング不安定性限界4%を超えるプラズマ安定性の顕著な向上を説明するために行われた、非MHD効果に関する理論的研究について述べる。これらの効果は、有限n MHD理論および有限ラーマー半径（FLR）と磁力線に沿った熱流を含む詳細な運動論的取り扱いに組み込まれている。FLR効果は、バルーニングモードと安定な振動性イオンドリフト波との結合を通じて、β = 8%のプラズマの安定性を説明するのに十分である。しかし、この効果では、より衝突が多く、より大きなジャイロ半径を有するβ = 44%のプラズマの安定性を説明することはできない。このプラズマでは、平衡状態の diamagnetism がイオンジャイロ粘性によって強く影響を受けており、平衡状態および安定性に対するこの効果の役割について議論する。