In three-dimensional configurations, the confinement region is surrounded by the stochastic magnetic field lines related to magnetic islands or separatrix, leading to the fact that the plasma–vacuum boundary is not so definite compared with tokamaks that the various modulations of the plasma–vacuum boundary will be induced around the stochastic region by synergetic effects between a transport around the stochastic region and a large Shafranov shift of the whole plasma, in especially high-β operations. To examine such modulation effects of the plasma boundary on MHD instabilities, high-β plasmas allowing a large Shafranov shift or a large Pfirsch–Schlüter current are considered in the inward-shifted LHD configurations with the vacuum magnetic axis Rax of 3.6 m, for which previous theoretical analyses based on fixed MHD equilibria indicate that pressure-driven modes are significantly more unstable compared with experimental observations. The concept of the averaged flux surfaces allowing a movement of the equilibrium plasma into the stochastic region is introduced, which induces a boundary modulation and, at the same time, reduces the discrepancy on MHD equilibria between the experimentally obtained and theoretically considered. As a result, it is shown that the boundary modulation, namely, the whole plasma outward-shift due to a large Pfirsch–Schlüter current has significant stabilizing effects on ideal MHD instabilities, leading to partially resolving the discrepancy on MHD stability between experimental results and theoretical analyses.
三次元配位において、閉じ込め領域は磁気島やセパラトリックスに関連する確率磁力線に囲まれているため、プラズマ・真空境界はトカマクに比べてそれほど明確ではなく、特に高β動作において、確率領域周辺の輸送とプラズマ全体の大きなシャフラノフシフトとの相乗効果によって、確率領域周辺でプラズマ・真空境界の様々な変調が誘起されることになる。このようなプラズマ境界のMHD不安定性への変調効果を調べるために、大きなシャフラノフシフトまたは大きなプフィルシュ・シュリューター電流を許容する高βプラズマを、真空磁気軸Raxが3.6 mの内側シフトLHD配位において考える。この配位では、固定されたMHD平衡に基づく従来の理論解析では、圧力駆動型モードが実験観測よりも有意に不安定であると示されている。平衡プラズマの確率領域への移動を可能にする平均磁気面の概念を導入する。これにより、境界変調が誘起されると同時に、実験的に得られたMHD平衡と理論的に考えられたMHD平衡との間の不一致が低減される。その結果、境界変調、すなわち大きなプフィルシュ・シュリューター電流によるプラズマ全体の外側シフトが、理想MHD不安定性に対して有意な安定化効果を持ち、実験結果と理論解析の間のMHD安定性に関する不一致を部分的に解決することが示される。