The PROTO-SPHERA experiment (under construction in Frascati inside the START vacuum vessel) aims to study the properties of a spherical torus (ST), where a hydrogen force-free screw pinch (SP, with open field lines and fed by electrodes) replaces the central rod of the standard spherical tokamak experiments: PROTO-SPHERA, with a central screw pinch current Ie = 60 kA, aims at producing a spherical torus (with closed field lines) of diameter 2Rsph = 70 cm, and aspect ratio R/a = A = 1.2–1.3, carrying a toroidal current Ip = 120–240 kA. Such a configuration is an evolution of the flux core spheromak (FCS) concept, first proposed by Taylor. The formation mechanism of the configuration will be the one successfully developed by the TS-3 team at the University of Tokyo. The spherical torus toroidal current should be sustained by helicity injection from the screw pinch, therefore some level of resistive instability with toroidal mode numbers n = 1 and/or n = 2 is requested after the formation and during the sustainment phase; nevertheless, the configuration should be operated such as to maintain it stable from an ideal MHD point of view. The ideal MHD stability limits of PROTO-SPHERA have been analysed by a numerical code able to handle magnetic configurations endowed with both closed and open magnetic field lines. The results of such an analysis are presented in terms of the main parameter, which is the ratio between the currents in the spherical torus and in the central screw pinch, Ip/Ie, and of other relevant parameters of the ST (elongation, aspect ratio, total beta and the toroidal plasma current profile). A comparison with the TS-3 results is also shown.
PROTO-SPHERA実験（フラスカティのSTART真空容器内で建設中）は、標準的な球状トカマク実験の中心ロッドを、水素フォースフリーピンチ（SP、開いた磁力線を持ち、電極によって供給される）が置き換える球状トーラス（ST）の特性を研究することを目的としている：中心スクリューピンチ電流Ie = 60 kAを持つPROTO-SPHERAは、直径2Rsph = 70 cm、アスペクト比R/a = A = 1.2–1.3の球状トーラス（閉じた磁力線を持つ）を生成し、トロイダル電流Ip = 120–240 kAを流すことを目指している。このような配位は、テイラーによって最初に提案されたフラックスコアスフェロマック（FCS）概念の進化形である。この配位の形成メカニズムは、東京大学のTS-3チームによって首尾よく開発されたものを用いる。球状トーラスのトロイダル電流は、スクリューピンチからのヘリシティ注入によって維持されるべきであり、したがって、形成後および維持段階において、トロイダルモード数n = 1および/またはn = 2の抵抗性不安定性がある程度要求される。それにもかかわらず、配位は理想MHDの観点から安定に保たれるように運転されるべきである。PROTO-SPHERAの理想MHD安定性限界は、閉じた磁力線と開いた磁力線の両方を持つ磁気配位を扱うことができる数値コードによって解析された。そのような解析の結果は、主パラメータである球状トーラスと中心スクリューピンチの電流比Ip/Ie、およびSTの他の関連パラメータ（伸長度、アスペクト比、全ベータ値、トロイダルプラズマ電流分布）に関して提示される。TS-3の結果との比較も示される。