Eventual elimination of the in-board Ohmic heating solenoid is required for the spherical torus (ST) to function as a compact component test facility and as an attractive fusion power plant. An in-board Ohmic solenoid, along with the shielding needed for its insulation, can dramatically increase the size and, hence, the cost of the plant. Advanced tokamak reactor designs also assume no or a small in-board solenoid to reduce the size and cost of the plant. In addition, elimination of the in-board solenoid greatly reduces the coil stresses and simplifies the coil design. Here, we investigate using static as well as dynamic codes in ST geometries with two complementary solenoid-free plasma start-up approaches: one utilizes only the outer poloidal field coils to create a relatively high quality field null region while retaining significant poloidal flux, and the other takes advantage of the poloidal flux stored in the conducting centre-post to create a start-up condition similar to that of the conventional Ohmic solenoid method. We find that it is therefore possible to come up with a promising configuration, which produces a quality multi-pole field-null and sufficient loop-voltage needed for plasma initiation and significant poloidal flux for subsequent current ramp-up. The present solenoid-free start-up concept, if proved feasible, can be readily extended to higher field devices due to relatively simple physics principles and favourable scaling with the device size and toroidal field.
球状トーラス（ST）がコンパクトな構成部品試験施設および魅力的な核融合発電プラントとして機能するためには、内部オーミックソレノイドの最終的な除去が必要である。内部オーミックソレノイドは、その絶縁に必要な遮蔽とともに、プラントの規模を劇的に増大させ、ひいてはコストを増大させ得る。先進トカマク炉設計においても、規模とコストを削減するために、内部ソレノイドを設けないか、あるいは小型化することが想定されている。さらに、内部ソレノイドの除去は、コイル応力を大幅に低減し、コイル設計を簡素化する。本稿では、ST形状において静的および動的コードを用いて、2つの相補的なソレノイドフリープラズマ立ち上げアプローチを調査する。1つは、外部ポロイダル磁場コイルのみを利用して、有意なポロイダル磁束を保持しつつ、比較的高品質の磁場ゼロ領域を生成する方法であり、もう1つは、導電性中心柱に蓄積されたポロイダル磁束を利用して、従来のオーミックソレノイド方式と類似した立ち上げ条件を生成する方法である。その結果、プラズマ開始に必要な高品質の多極磁場ゼロ領域と十分なループ電圧、およびその後の電流立ち上げのための有意なポロイダル磁束を生成する、有望な構成を実現できることが見出された。本ソレノイドフリー立ち上げ概念は、その実現可能性が実証されれば、比較的単純な物理原理と、装置規模およびトロイダル磁場に対する有利なスケーリングにより、より高磁場の装置へ容易に拡張可能である。