Large, spontaneous m/n = 1/1 helical cores are shown to be expected in tokamaks such as ITER with extended regions of low- or reversed- magnetic shear profiles and q near 1 in the core. The threshold for this spontaneous symmetry breaking is determined using VMEC scans, beginning with reconstructed 3D equilibria from DIII-D and Alcator C-Mod based on observed internal 3D deformations. The helical core is a saturated internal kink mode (Wesson 1986 Plasma Phys. Control. Fusion28 243); its onset threshold is shown to be proportional to around q = 1. Below the threshold, applied 3D fields can drive a helical core to finite size, as in DIII-D. The helical core size thereby depends on the magnitude of the applied perturbation. Above it, a small, random 3D kick causes a bifurcation from axisymmetry and excites a spontaneous helical core, which is independent of the kick size. Systematic scans of the q-profile show that the onset threshold is very sensitive to the q-shear in the core. Helical cores occur frequently in Alcator C-Mod during ramp-up when slow current penetration results in a reversed shear q-profile, which is favorable for helical core formation. Finally, a comparison of the helical core onset threshold for discharges from DIII-D, Alcator C-Mod and ITER confirms that while DIII-D is marginally stable, Alcator C-Mod and especially ITER are highly susceptible to helical core formation without being driven by an externally applied 3D magnetic field.
大型の自然発生的なm/n = 1/1ヘリカルコアは、ITERのようなトカマクにおいて、コア付近のqが1に近く、磁気シアが低いまたは反転した領域が広がる場合に生じることが示されている。この自発的対称性破れの閾値は、DIII-DおよびAlcator C-Modの観測された内部3次元変形に基づいて再構築された平衡から出発するVMECスキャンを用いて決定される。ヘリカルコアは飽和した内部キンクモード（Wesson 1986, Plasma Phys. Control. Fusion 28, 243）であり、その発生閾値はq = 1付近でのシアに比例することが示される。閾値以下では、外部印加3次元磁場がDIII-Dのようにヘリカルコアを有限振幅まで駆動できる。この場合、ヘリカルコアの大きさは印加摂動の大きさに依存する。閾値以上では、小さなランダムな3次元摂動が軸対称性からの分岐を引き起こし、摂動の大きさに依存しない自発的ヘリカルコアが励起される。qプロファイルの系統的スキャンにより、発生閾値がコアでのqシアに非常に敏感であることが示される。ヘリカルコアは、電流分布の緩慢な浸透により反転qプロファイルが形成されるAlcator C-Modのランプアップ中に頻繁に発生する。最後に、DIII-D、Alcator C-Mod、およびITERの放電におけるヘリカルコア発生閾値の比較により、DIII-Dが限界的に安定である一方、Alcator C-Modおよび特にITERは、外部印加3次元磁場を必要とせずにヘリカルコア形成に対して高い感受性を示すことが確認される。