An efficient and robust ECH (electron cyclotron heating)-assisted plasma start-up scheme with a low loop voltage and low volt-second consumption utilizing the trapped particle configuration (TPC) has been developed in the versatile experiment spherical torus (VEST). The TPC is a mirror-like magnetic field configuration providing a vertical magnetic field in the same direction as the equilibrium field. It significantly enhances ECH pre-ionization with enhanced particle confinement due to its mirror effect, and intrinsically provides an equilibrium field with a stable decay index enabling prompt plasma current initiation. Consequently, the formation of TPC before the onset of the loop voltage allows the plasma to start up with a lower loop voltage and lower volt-second consumption as well as a wider operation range in terms of ECH pre-ionization power and H2 filling pressure. The TPC can improve the widely-used field null configuration significantly for more efficient start-up when ECH pre-ionization is used. This can then be utilized in superconducting tokamaks requiring a low loop voltage start-up, such as ITER, or in spherical tori with limited volt-seconds. The TPC can be particularly useful in superconducting tokamaks with a limited current slew-rate of superconducting PF coils, as it can save volt-second consumption before plasma current initiation by providing prompt initiation with an intrinsic stable equilibrium field.
効率的かつ堅牢なECH（電子サイクロトロン加熱）支援プラズマ立ち上げ方式が、低ループ電圧かつ低ボルト秒消費で、捕捉粒子配位（TPC）を利用して多目的実験球状トーラス（VEST）において開発された。TPCは、平衡磁場と同じ方向の垂直磁場を提供するミラー状の磁場配位である。そのミラー効果による粒子閉じ込めの強化によりECH予備電離を大幅に向上させ、安定した減衰指数を持つ平衡磁場を本質的に提供し、迅速なプラズマ電流開始を可能にする。その結果、ループ電圧印加前にTPCを形成することで、プラズマはより低いループ電圧およびより低いボルト秒消費で立ち上げることができ、さらにECH予備電離パワーおよびH2充填圧力に関する動作範囲も拡大する。TPCは、ECH予備電離を使用する場合に、広く使用されている磁場ヌル配位を大幅に改善し、より効率的な立ち上げを実現できる。これは、ITERのような低ループ電圧立ち上げを必要とする超伝導トカマクや、ボルト秒が限られている球状トーラスにおいて活用できる。TPCは、超伝導PFコイルの電流立ち上げ速度が限られている超伝導トカマクにおいて特に有用であり、本質的に安定した平衡磁場による迅速な開始を提供することで、プラズマ電流開始前のボルト秒消費を節約できる。