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Recent compact toroid research

H Bruhns1986年Plasma Physics and Controlled FusionIF 2.2出版社

The hope to find a path towards a fusion reactor of small size and (relatively) easy technical handling laid the background for the study of high-beta concepts in the past. While it became apparent that straightforward progress in the line of theta pinches was not achievable, many activities ceased to continue. One of the few exceptions is the investigation of field-reversed configurations (FRCs) which has persisted on a small scale over the years. With a series of experiments starting in the mid-seventies a breakthrough occurred when two major obstacles were overcome by Es'kov and coworkers (1978) in maintaining a reasonable fraction of the bias flux and by Minato and colleagues (1982) in controlling the rotational instability. Since then a very spectacular progress has been achieved leading to a multiplication in the lifetime, the demonstration of axial plasma translation, and a substantial improvement of both experimental knowledge and theoretical understanding in equilibrium and confinement physics of the FRC. The compact toroid is defined as a plasma with singly connected, toroidal magnetic topology which is sustained by internal plasma currents. No toroidal field coils link the plasma. Today, compact toroids are investigated predominantly within the framework of these two variants: the FRC with purely poloidal fields and the Spheromak which has poloidal and toroidal fields of similar magnitude. Both concepts are supported by related studies, e.g. on relativistic particle rings.

日本語訳

小型で(比較的)技術的に扱いやすい核融合炉への道筋を見出すという期待が、過去における高ベータ概念の研究の背景となった。シータピンチの系統における直接的な進展が達成不可能であることが明らかになるにつれ、多くの研究活動は継続されなくなった。数少ない例外の一つが、磁場反転配位(FRC)の研究であり、これは長年にわたり小規模ながら継続されてきた。1970年代半ばに始まる一連の実験により、Es'kovら(1978年)によるバイアス磁束の合理的な割合の維持と、Minatoら(1982年)による回転不安定性の制御という二つの主要な障害が克服された際に、画期的な進展がもたらされた。それ以来、極めて顕著な進歩が達成され、寿命の倍数増加、軸方向プラズマ並進の実証、ならびにFRCの平衡および閉じ込め物理における実験的知識と理論的理解の両方の大幅な向上がもたらされた。コンパクトトロイドは、内部プラズマ電流によって維持される単連結のトロイダル磁気トポロジーを有するプラズマとして定義される。トロイダル磁場コイルはこれを貫通しない。今日、コンパクトトロイドは、純粋にポロイダル磁場を有するFRCと、同程度の大きさのポロイダル磁場およびトロイダル磁場を有するスフェロマックという、主にこの二つの変種の枠組みの中で研究されている。両方の概念は、例えば相対論的粒子リングに関する研究など、関連する研究によって支えられている。

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