In the Large Helical Device experiments, a significant pressure gradient is observed in the edge region where the three-dimensional magnetohydrodynamics equilibrium analysis predicts the stochastization of magnetic field lines. Therefore, experimental investigation of this edge plasma behavior is attracting much interest to identify either the plasma response to stochastic magnetic fields or the topological change of magnetic fields due to the plasma. In this study, we have investigated the relation of the stochastization of magnetic field lines to the radial electric field, Er. When magnetic field lines become stochastic or open and connected to the vessel, electrons are lost along these field lines while ions are trapped. Then, a strong Er shear from negative to positive appears at the boundary. Two magnetic configurations with different widths of the stochastic layer in the vacuum are studied for low-β discharges. It has been found that the position of a strong Er shear appears outside of the last closed flux surface. When comparing the vacuum magnetic field, the positions of strong Er shear are observed in the edge of the stochastic layer. In the stochastic region, the scatter of stochastic field lines is studied. The position of a strong Er shear appears in the region where the outward scatter of the field lines increases. In that region, stochastic field lines intersect the regions with long and short connection lengths. Although the connection length is longer than the electron mean free path, the scatter of stochastic field lines with short connection lengths appear in the regions with positive Er. These results are compared with moderate-β discharges, where a large plasma response is expected. The prediction of the vacuum magnetic field qualitatively agree with the experimental observations but quantitative differences are found.
大型ヘリカル装置の実験において、三次元磁気流体力学平衡解析が磁力線の確率化を予測するエッジ領域で、有意な圧力勾配が観測される。したがって、このエッジプラズマ挙動の実験的調査は、確率化磁場に対するプラズマ応答、あるいはプラズマによる磁場の位相的変化のいずれかを特定するために、大きな関心を集めている。本研究では、磁力線の確率化と径方向電場 Er との関係を調査した。磁力線が確率化するか、あるいは開放されて真空容器に接続する場合、電子はこれらの磁力線に沿って損失する一方、イオンは閉じ込められたままとなる。その結果、負から正への強い Er シアが境界に現れる。真空磁場中で異なる幅の確率化層を持つ2つの磁場配位について、低β放電で研究を行った。強い Er シアの位置は、最終閉鎖磁気面の外側に現れることが見出された。真空磁場と比較すると、強い Er シアの位置は確率化層のエッジで観測される。確率化領域において、確率化磁力線の散乱が研究された。強い Er シアの位置は、磁力線の外向き散乱が増加する領域に現れる。その領域では、確率化磁力線は長い接続長と短い接続長を持つ領域と交差する。接続長が電子平均自由行程よりも長いにもかかわらず、短い接続長を持つ確率化磁力線の散乱は、正の Er を持つ領域に現れる。これらの結果は、大きなプラズマ応答が期待される中程度のβ放電と比較された。真空磁場の予測は実験観測と定性的に一致するが、定量的な差異が見出された。