A toroidal plasma compressed by a collapsing flux conserver is analyzed to reveal stable scenarios of operation to high compression ratios. The resistive and ideal MHD stability is calculated in full toroidal geometry, using the asymptotic matching method in realistic conditions, and comparing with nonlinear simulations. The near edge current profile, controlled by toroidal field ramping during compression, is shown to be critical to stability due to coupling between poloidal components of the least stable mode. The extension of a length of shaft on axis is also found to be critical at high compression, as the resulting good curvature region in magnetic field stabilizes pressure driven modes that would otherwise be unstable. This work extends from previous studies, which initially showed the existence of a stable scenario, to include findings of more extensive stable zones, detailed effects of geometry, and nonlinear simulations of the instabilities. The nonlinear simulations of the compression are consistent with the linear analyses, confirming both the conservation and stability properties.
崩壊するフラックスコンサーバーによって圧縮されるトロイダルプラズマを解析し、高圧縮比までの安定な運転シナリオを明らかにする。抵抗性および理想MHD安定性を完全なトロイダル幾何学において計算し、漸近接続法を現実的な条件下で用いるとともに、非線形シミュレーションとの比較を行う。圧縮中のトロイダル磁場のランプアップによって制御される端部近傍の電流分布は、最も不安定なモードのポロイダル成分間の結合を介して、安定性に決定的な影響を与えることが示される。また、高圧縮時には軸上のシャフト長の延長も重要であり、これにより生成される磁場の良曲率領域が、圧力駆動型不安定性を抑制する。本研究は、安定シナリオの存在を示した初期の研究を発展させ、より広範な安定領域、幾何学的効果の詳細、および不安定性の非線形シミュレーションを含む。圧縮過程の非線形シミュレーションは線形解析の結果と整合し、保存則および安定性の特性を確認するものである。