This review paper addresses the physics of stochastic boundaries. Although it is focused on the tokamak configuration many features are common to the stochastic boundaries of stellarators. The stochastic properties of magnetic field lines are recalled and related to the spectrum of the radial magnetic perturbation. The stochastic region, referred to as the divertor volume, is shown to be bounded to the edge plasma. Furthermore, the stochastic features discriminate two regions. On short scales, the stochasticity is not effective and parallel transport dominates, this defines the laminar region. On the long scales one recovers the proper stochastic features which characterize the ergodic regime. Theoretical predictions for the transport of energy, current and particles in the divertor volume are analysed for both the laminar and ergodic regimes. A strong increase in electron transport is expected which should lead to a strong increase in the heat diffusivity, a strong increase in the resistivity in the toroidal direction and generally a decrease in the free electron lifetime in the divertor volume. Ambipolarity of particle transport is ensured by a radial electric field. The ion transport, i.e. particle transport, is then more difficult to analyse since one has to consider the strong coupling to the electron temperature field and to the electric potential field. The perturbation level is such that the particle transport induced by the stochasticity remains comparable to the anomalous transport. The experimental data show good agreement with the predictions on electron transport. This translates into a flattening of the edge temperature gradient, a narrowing of the current channel, which probably governs the observed stabilization of MHD activity, and a strong decrease in the lifetime of the runaway electrons. Regarding particle transport, the response is larger than expected and stochastic boundaries are characterized by significant screening properties compared to limiter shots. This property is shown to be a signature of a pumping capability combined with a change of transport properties. Indeed the transport of neutrals is changed since the ratio of the ionization scales to the distance between the recycling surfaces and the separatrix is reduced. Furthermore, a decreased lifetime of the ions at the very edge of the plasma is expected. Screening effects are thus observed for species exhibiting large wall pumping capability, while He and Ne are weakly affected by the stochastic boundary. The plasma properties in the ergodic volume, namely a reduced edge temperature, an increased impurity radiation, an efficient particle screening and the stabilization of MHD activity, have opened the way to radiating layer investigations on Tore Supra. Stable operation has been achieved with 80% of radiated power and radio frequency heating up to 6 MW.
本レビュー論文は、確率的境界の物理を扱う。トカマク配位に焦点を当てているが、その多くの特徴はステラレーターの確率的境界にも共通する。磁場線の確率的性質を再考し、径方向磁場摂動のスペクトルと関連付ける。ダイバータ体積と呼ばれる確率的領域は、周辺プラズマに境界を有することが示される。さらに、確率的特徴は二つの領域を区別する。短いスケールでは、確率性は有効でなく、平行輸送が支配的であり、これがラミナー領域を定義する。長いスケールでは、エルゴード的領域を特徴付ける適切な確率的特徴が回復する。ダイバータ体積におけるエネルギー、電流、粒子の輸送に関する理論的予測を、ラミナー領域とエルゴード的領域の両方について解析する。電子輸送の大幅な増加が予測され、これにより熱拡散係数の大幅な増加、トロイダル方向の抵抗率の大幅な増加、そして一般的にダイバータ体積における自由電子寿命の減少がもたらされると考えられる。粒子輸送の両極性は、径方向電場によって保証される。イオン輸送、すなわち粒子輸送は、電子温度場および電位場との強い結合を考慮する必要があるため、解析がより困難である。摂動レベルは、確率性によって誘起される粒子輸送が異常輸送と同程度に留まるようなものである。実験データは、電子輸送に関する予測と良好な一致を示す。これは、周辺温度勾配の平坦化、電流チャネルの狭窄化、そしておそらくは観測されるMHD活動の安定化を支配し、 runaway電子の寿命の大幅な減少をもたらす。粒子輸送に関しては、応答は予想よりも大きく、確率的境界はリミター配位と比較して顕著な遮蔽特性を示す。この特性は、ポンピング能力と輸送特性の変化が組み合わさった結果の指標であることが示される。実際、中性粒子の輸送は、電離スケールとリサイクリング面およびセパラトリックス間の距離の比が減少するために変化する。さらに、プラズマ最外周部におけるイオンの寿命の減少が予測される。したがって、大きな壁ポンピング能力を示す種に対しては遮蔽効果が観測される一方、HeおよびNeは確率的境界による影響をほとんど受けない。エルゴード的体積におけるプラズマ特性、すなわち周辺温度の低下、不純物放射の増加、効率的な粒子遮蔽、そしてMHD活動の安定化は、Tore Supraにおける放射層研究への道を開いた。放射パワーの80%と最大6 MWの高周波加熱を用いて、安定した運転が達成された。