Spheromaks with lifetimes of 1 ms are produced in the CTX experiment. This paper describes the diagnostics and measurements on plasmas which, for CTX-produced plasmas, are the hottest and longest-lived discharges using a solid copper flux conserver. These spheromaks are formed using a static hydrogen background gas filling the entire vacuum system before the discharge. The density rapidly decays in 150–300 μs from an initial value of (1–3) × 1014 cm−3 to a steady-state plateau with a value of (1–4) × 1013cm−3,determine d by the pressure of the gas fill. A multi-point Thomson scattering system measures the radial profiles of electron temperature and density. Peak temperatures of over 40 eV are observed, and the average temperature increases in time by Ohmic heating from 15 eV to over 30 eV. Equilibrium models for the magnetic field structure are used to calculate values of peak local beta (8–13%), volume-averaged beta (3–8%), and engineering beta (10–25%). The operation with a filling gas results in a reduction of the impurity radiation power as measured by spectroscopy. Improved vacuum practices, discharge cleaning and the use of the static gas fill have resulted in discharges in which the radiation power loss is not dominating the energy balance late in time. Particle loss and the associated ionization and heating of the neutral particles required to maintain the density plateau appear to be the major energy loss processes in the spheromak.
寿命1 msのスフェロマックがCTX実験において生成される。本論文では、CTXで生成されたプラズマの中でも最も高温かつ最長寿命の放電である、固体銅フラックスコンサーバを用いたプラズマに対する診断と測定について述べる。これらのスフェロマックは、放電前に真空系全体を満たす静的な水素背景ガスを用いて形成される。密度は、初期値(1–3) × 10¹³ cm⁻³から150–300 μsの間に急速に減衰し、ガス充填圧力によって決定される定常状態のプラトー値(1–4) × 10¹³ cm⁻³に達する。多点トムソン散乱システムにより、電子温度と密度の動径分布が測定される。最高温度は40 eVを超え、平均温度はオーミック加熱により15 eVから30 eV超へと時間とともに増加する。磁場構造の平衡モデルを用いて、ピーク局所ベータ値(8–13%)、体積平均ベータ値(3–8%)、およびエンジニアリングベータ値(10–25%)が計算される。分光測定により、ガス充填を伴う運転では不純物からの放射パワーが低減することが示される。改良された真空技術、放電洗浄、および静的なガス充填の使用により、放射パワー損失が放電後期のエネルギー収支を支配しない放電が実現されている。密度プラトーを維持するために必要な中性粒子の粒子損失とそれに伴う電離および加熱が、スフェロマックにおける主要なエネルギー損失過程であると考えられる。