The commonly adopted scaling for the maximum achievable plasma density in tokamak fusion devices, the so-called 'Greenwald limit', refers to the line-averaged density along a central chord and depends only on the average plasma current density. However, the Greenwald limit has been exceeded in tokamak experiments in the case of peaked density profiles, indicating that the edge density is the real parameter responsible for the density limit. Furthermore, the Greenwald limit has been obtained for fixed density profiles, so that the scaling can be very different when introducing density profile dependencies on plasma parameters. Dedicated density limit experiments were performed in recent years on the Frascati Tokamak Upgrade, exploring the high density domain in a wide range of values of plasma current, toroidal magnetic field and edge safety factor. New data were collected in the latest experimental campaigns, extending the study of the density limit towards lower values of toroidal magnetic field and plasma current. These experiments confirmed the edge nature of the density limit, as a Greenwald-like scaling was obtained for the maximum achievable line-averaged density along a peripheral chord, while a clear scaling of the maximum achievable line-averaged density along a central chord with the toroidal magnetic field only was found and successfully interpreted as due to interplay between the peripheral Greenwald limit and the specific density profile behavior when approaching the density limit. In particular, an analytical relation between the peripheral and the central density limit was derived for the first time, with the introduction of a generalized parabolic density profile with the peaking factor dependent on the plasma parameters.
トカマク装置における最大プラズマ密度の標準的なスケーリング則である、いわゆる「グリーンワルド限界」は、中心弦に沿った線平均密度を指し、平均プラズマ電流密度のみに依存する。しかしながら、トカマク実験において、密度分布がピークを持つ場合にはグリーンワルド限界を超えていることが示されており、周辺密度こそが密度限界を決定する真のパラメータであることが示唆されている。さらに、グリーンワルド限界は固定された密度分布に対して導出されているため、プラズマパラメータに対する密度分布の依存性を導入すると、スケーリング則は大きく異なり得る。近年、フラスカティ・トカマク・アップグレード装置において、プラズマ電流、トロイダル磁場、周辺安全係数の広い範囲にわたって高密度領域を探査する専用の密度限界実験が実施された。最新の実験キャンペーンでは、より低いトロイダル磁場およびプラズマ電流の値へと密度限界の研究を拡張する新たなデータが取得された。これらの実験により、密度限界の周辺性が確認され、周辺弦に沿った最大線平均密度に対してグリーンワルド類似のスケーリング則が得られた一方、中心弦に沿った最大線平均密度はトロイダル磁場のみに明確に依存するスケーリングを示し、これは密度限界に近づく際の周辺密度限界と特定の密度分布挙動との間の相互作用として首尾よく解釈された。特に、プラズマパラメータに依存するピーキング因子を有する一般化された放物型密度分布の導入により、周辺密度限界と中心密度限界の間の解析的関係が初めて導出された。