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Formation of hot, stable, long-lived field-reversed configuration plasmas on the C-2W device

H. Gota, M.W. Binderbauer, T. Tajima, S. Putvinski, M. Tuszewski, B.H. Deng, S.A. Dettrick, D.K. Gupta, S. Korepanov, R.M. Magee2019年被引用 53Nuclear FusionIF 3出版社

TAE Technologies' research is devoted to producing high temperature, stable, long-lived field-reversed configuration (FRC) plasmas by neutral-beam injection (NBI) and edge biasing/control. The newly constructed C-2W experimental device (also called 'Norman') is the world's largest compact-toroid (CT) device, which has several key upgrades from the preceding C-2U device such as higher input power and longer pulse duration of the NBI system as well as installation of inner divertors with upgraded electrode biasing systems. Initial C-2W experiments have successfully demonstrated a robust FRC formation and its translation into the confinement vessel through the newly installed inner divertor with adequate guide magnetic field. They also produced dramatically improved initial FRC states with higher plasma temperatures (Te ~ 250  +  eV; total electron and ion temperature  >1.5 keV, based on pressure balance) and more trapped flux (up to ~15 mWb, based on rigid-rotor model) inside the FRC immediately after the merger of collided two CTs in the confinement section. As for effective edge control on FRC stabilization, a number of edge biasing schemes have been tried via open field-lines, in which concentric electrodes located in both inner and outer divertors as well as end-on plasma guns are electrically biased independently. As a result of effective outer-divertor electrode biasing alone, FRC plasma is well stabilized and diamagnetism duration has reached up to ~9 ms which is equivalent to C-2U plasma duration. Magnetic field flaring/expansion in both inner and outer divertors plays an important role in creating a thermal insulation on open field-lines to reduce a loss rate of electrons, which leads to improvement of the edge and core FRC confinement properties. An experimental campaign with inner-divertor magnetic-field flaring has just commenced and early result indicates that electron temperature of the merged FRC stays relatively high and increases for a short period of time, presumably by NBI and E  ×  B heating.

日本語訳

TAEテクノロジーズの研究は、中性粒子ビーム入射(NBI)とエッジバイアス/制御による、高温で安定した長寿命のフィールドリバースドコンフィギュレーション(FRC)プラズマの生成に注力している。新しく建設されたC-2W実験装置(別名「ノーマン」)は世界最大のコンパクトトロイド(CT)装置であり、先行するC-2U装置から、NBIシステムのより高い入力電力とより長いパルス持続時間、ならびに改良された電極バイアスシステムを備えた内部ダイバータの設置など、いくつかの重要なアップグレードが施されている。初期のC-2W実験では、新しく設置された内部ダイバータと適切なガイド磁場を通じて、堅牢なFRC形成とその閉じ込め容器への並進が実証された。また、閉じ込めセクション内で衝突した2つのCTが合体した直後に、FRC内部のより高いプラズマ温度(Te ~ 250  +  eV; 圧力平衡に基づく全電子・イオン温度  >1.5 keV)とより多くの捕捉磁束(剛体回転モデルに基づき最大~15 mWb)を備えた、劇的に改善された初期FRC状態が生成された。FRC安定化に対する効果的なエッジ制御に関しては、オープン磁力線を介して多数のエッジバイアス方式が試されており、内部および外部ダイバータの両方に配置された同心電極と、端部のプラズマガンが独立に電気バイアスされる。効果的な外部ダイバータ電極バイアスだけの結果として、FRCプラズマは良好に安定化され、ダイアマグネティズム持続時間は最大~9 msに達し、これはC-2Uプラズマ持続時間に相当する。内部および外部ダイバータの両方における磁場フレアリング/拡張は、オープン磁力線上に熱絶縁を生成して電子の損失率を低減する上で重要な役割を果たし、エッジおよびコアFRC閉じ込め特性の改善につながる。内部ダイバータ磁場フレアリングを用いた実験キャンペーンが開始されたばかりであり、初期結果は、合体したFRCの電子温度が比較的高いまま維持され、おそらくNBIおよびE  ×  B加熱により短時間上昇することを示している。

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Field-Reversed Configuration
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