A zero-dimensional time-dependent energy balance model is used to explore the energy loss mechanisms of the CTX spheromak experiment at Los Alamos National Laboratory. A coupled set of model equations representing electron, ion, neutral, and impurity particle balance, electron and ion temperature, and magnetic field decay, are solved from initial values and the results compared to the time behaviour of experimentally measured average densities, temperature, and magnetic field. The energy balance model considers all the major atomic physics processes, especially the effects of radiation from a non-equilibrium distribution of impurity charge states evolving in time. The model includes the effects of a strong neutral-particle source which replaces by ionization the plasma being lost by a short particle confinement time. The neutral source is required in experiments to prevent the sudden termination of the discharge associated with low densities. A major new conclusion is that all the data from resistively decaying spheromaks can be effectively modelled, when the flux loss effects of a resistive flux conserver are also included, using plasma resistivity increased by a factor of 3.2 ± 0.6 over the Spitzer-Härm value evaluated with the volume-average temperature. This factor appears to be constant for all discharges at all times. The analysis has determined that the power density associated with the particle replacement is the most important loss in the warm, non-radiation-dominated CTX spheromaks.
ロスアラモス国立研究所におけるCTXスフェロマク実験のエネルギー損失機構を探るために、ゼロ次元時間依存エネルギー収支モデルが用いられる。電子、イオン、中性粒子、不純物粒子の収支、電子温度とイオン温度、および磁場の減衰を表す連成モデル方程式群は初期値から解かれ、その結果は実験的に測定された平均密度、温度、磁場の時間挙動と比較される。このエネルギー収支モデルは、主要な原子物理過程をすべて考慮する。特に、時間発展する非平衡な不純物電荷状態分布からの放射の効果を考慮する。このモデルは、短い粒子閉じ込め時間によって失われるプラズマを電離によって置き換える強い中性粒子源の効果を含む。この中性粒子源は、低密度に伴う放電の突然の終了を防ぐために実験において必要とされる。主要な新しい結論は、抵抗性フラックスコンサーバーのフラックス損失効果も含める場合、抵抗減衰するスフェロマクからのすべてのデータが、体積平均温度で評価されたスピッツァー・ハーム値に対して3.2 ± 0.6倍に増加したプラズマ抵抗率を用いて効果的にモデル化できるということである。この係数は、すべての放電において常に一定であるように見える。この解析により、粒子置換に関連する電力密度が、温かく放射支配的でないCTXスフェロマクにおいて最も重要な損失であることが決定された。