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Tokamak-like confinement at a high beta and low toroidal field in the MST reversed field pinch

J.S. Sarff, A.F. Almagri, J.K. Anderson, T.M. Biewer, A.P. Blair, M. Cengher, B.E. Chapman, P.K. Chattopadhyay, D. Craig, D.J. Den Hartog2003年被引用 67Nuclear FusionIF 3出版社

Energy confinement comparable with tokamak quality is achieved in the Madison Symmetric Torus (MST) reversed field pinch (RFP) at a high beta and low toroidal magnetic field. Magnetic fluctuations normally present in the RFP are reduced via parallel current drive in the outer region of the plasma. In response, the electron temperature nearly triples and beta doubles. The confinement time increases ten-fold (to ∼10 ms), which is comparable with L- and H-mode scaling values for a tokamak with the same plasma current, density, heating power, size and shape. Runaway electron confinement is evidenced by a 100-fold increase in hard x-ray bremsstrahlung. Fokker–Planck modelling of the x-ray energy spectrum reveals that the high energy electron diffusion is independent of the parallel velocity, uncharacteristic of magnetic transport and more like that for electrostatic turbulence. The high core electron temperature correlates strongly with a broadband reduction of resonant modes at mid-radius where the stochasticity is normally most intense. To extend profile control and add auxiliary heating, rf current drive and neutral beam heating are in development. Low power lower-hybrid and electron Bernstein wave injection experiments are underway. Dc current sustainment via ac helicity injection (sinusoidal inductive loop voltages) is also being tested. Low power neutral beam injection shows that fast ions are well-confined, even in the presence of relatively large magnetic fluctuations.

日本語訳

マディソン対称トーラス(MST)逆転磁場ピンチ(RFP)において、高ベータかつ低トロイダル磁場で、トカマクの品質に匹敵するエネルギー閉じ込めが達成された。通常RFPに存在する磁気揺動は、プラズマの外側領域における平行電流駆動によって低減される。その結果、電子温度はほぼ3倍になり、ベータは2倍になる。閉じ込め時間は10倍に増加し(∼10 ms へ)、これは同じプラズマ電流、密度、加熱パワー、サイズ、形状を持つトカマクのLモードおよびHモードのスケーリング値に匹敵する。逃走電子の閉じ込めは、硬X線制動放射の100倍の増加によって実証される。X線エネルギースペクトルのフォッカー・プランクモデリングは、高エネルギー電子の拡散が平行速度に依存せず、磁気輸送の特徴ではなく、静電乱流のそれにより類似していることを明らかにする。高いコア電子温度は、通常ストカスティシティが最も強い中間半径における共鳴モードの広帯域低減と強く相関する。分布制御を拡張し追加加熱を行うために、rf電流駆動と中性粒子ビーム加熱が開発中である。低パワーの低ハイブリッド波および電子バーンスタイン波入射実験が進行中である。交流ヘリシティ入射(正弦波誘導ループ電圧)によるDc電流維持も試験されている。低パワー中性粒子ビーム入射は、比較的大きな磁気揺動の存在下でも高速イオンがよく閉じ込められることを示している。

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Reversed field pinch
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