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Generalized radial profile of field-reversed configurations based on symmetrical properties

K.Y. Lee2020年被引用 4Nuclear FusionIF 3出版社

Field-reversed configurations (FRC) exhibit several remarkable symmetrical properties. In the idealized FRC, Bz at the geometric axis and separatrix are of the same value but have opposite signature. The total poloidal flux at the inner field-lines (geometric axis to the O-point) is equal to that of the outer field-lines (O-point to the separatrix), which perfectly cancels out so that there remains zero flux at the separatrix. With these properties, a semi-analytical model of the radial profile is constructed. The symmetric (SYM) model begins with an analytical description of the current density profile j θ(r) having symmetric features. The model then takes into account of finite current at the separatrix that brings in asymmetric features. It is the combination of these two attributes, which determine the radial profile for the SYM model. This gives a generalized description that is applicable to a wide range of FRC settings for peaked and hollow current density profiles. Comparisons are made with the well-known rigid rotor (RR), two-point equilibrium (2PE), and Cobb et al model for two cases: (1) FRC behaves more symmetrically for conditions when Bz at the geometric axis (Bs) is almost equal to Be, and (2) asymmetric when Bs is lower than Be. A possible equilibrium profile for high performance FRCs at Be  =  0.5 T is also presented.

日本語訳

場反転配位(FRC)は、いくつかの顕著な対称性を示す。理想的なFRCにおいて、幾何学的中心軸およびセパラトリクス上のBzは同じ値であるが、符号が反対である。内側の磁力線(幾何学的中心軸からO点まで)における総ポロイダル磁束は、外側の磁力線(O点からセパラトリクスまで)におけるそれと等しく、完全に打ち消し合うため、セパラトリクス上では磁束はゼロのままである。これらの性質を用いて、動径プロファイルの半解析モデルが構築される。対称(SYM)モデルは、対称性を有する電流密度プロファイルjθ(r)の解析的記述から始まる。このモデルは次に、非対称性をもたらすセパラトリクス上の有限電流を考慮する。SYMモデルの動径プロファイルを決定するのは、これら二つの特性の組み合わせである。これにより、ピーク型および中空型の電流密度プロファイルに対する広範囲のFRC設定に適用可能な一般化された記述が得られる。比較は、よく知られた剛体回転(RR)、二点平衡(2PE)、およびCobbらのモデルに対して、次の二つの場合について行われる:(1)幾何学的中心軸上のBzがBeにほぼ等しい条件ではFRCはより対称的に振る舞う、(2)BzがBeより低い場合には非対称となる。さらに、Be = 0.5 Tにおける高性能FRCの可能な平衡プロファイルも提示される。

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Field-Reversed Configuration
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