Non-axisymmetric magnetic fields are used to perturbatively probe momentum transport physics in MAST L-mode plasmas. The low beta L-mode target was chosen to complement previous experiments conducted in high beta NSTX H-mode plasmas (βN = 3.5–4.6) where an inward momentum pinch was measured. In those cases quasi-linear gyrokinetic simulations of unstable ballooning micro-instabilities predict weak or outward momentum convection, in contrast to the measurements. The weak pinch was predicted to be due to both electromagnetic effects at high beta and low aspect ratio minimizing the symmetry-breaking of the instabilities responsible for momentum transport. In an attempt to lessen these electromagnetic effects at low aspect ratio, perturbative experiments were run in MAST L-mode discharges at lower beta (βN = 2). The perturbative transport analysis used the time-dependent response following the termination of applied 3D fields that briefly brake the plasma rotation (similar to the NSTX H-mode experiments). Assuming time-invariant diffusive (χφ) and convective (Vφ) transport coefficients, an inward pinch is inferred with magnitudes, (RVφ/χφ) = (−1)–(−9), similar to those found in NSTX H-modes and in conventional tokamaks. However, if experimental uncertainties due to non-stationary conditions during and after the applied 3D field are considered, a weak pinch or even outward convection is inferred, (RVφ/χφ) = (−1)–(+5). Linear gyrokinetic simulations indicate that for these lower beta L-modes, the predicted momentum pinch is predicted to be relatively small, (RVφ/χφ)sim ≈ −1. While this falls within the experimentally inferred range, the uncertainties are practically too large to quantitatively validate the predictions. Challenges and implications for this particular experimental technique are discussed, as well as additional possible physical mechanisms that may be important in understanding momentum transport in these low aspect ratio plasmas.
非軸対称磁場を用いて、MASTのLモードプラズマにおける運動量輸送を摂動的に調べた。低ベータのLモード標的は、高ベータのNSTX Hモードプラズマ（βN = 3.5–4.6）で実施された先行実験を補完するために選択された。先行実験では内向きの運動量ピンチが測定されたが、不安定なバルーニング微不安定性の準線形ジャイロ運動論的シミュレーションは、弱いまたは外向きの運動量対流を予測し、測定結果と矛盾していた。この弱いピンチは、高ベータ効果と低アスペクト比による不安定性の対称性破れの低減の両方に起因すると予測された。これらの電磁効果を低減するため、低ベータ（βN = 2）のMAST Lモード放電において摂動実験を実施した。摂動輸送解析では、印加した3D磁場の終了後の時間依存応答を用いた（NSTX Hモード実験と同様の手法）。時間不変の拡散係数（χφ）と対流係数（Vφ）を仮定すると、内向きのピンチが推定され、その大きさ（RVφ/χφ = −1〜−9）はNSTX Hモードおよび従来型トカマクで観測された値と同程度であった。しかし、印加3D磁場中およびその後の非定常条件による実験的不確かさを考慮すると、弱いピンチまたは外向きの対流（RVφ/χφ = −1〜+5）も排除できなかった。線形ジャイロ運動論的シミュレーションは、これらの低ベータLモードに対して、予測される運動量ピンチが比較的小さいこと（RVφ/χφ ≈ −1）を示した。この値は実験的に推定された範囲内にあるものの、不確かさが大きすぎて定量的な検証には至らなかった。本実験手法の課題と限界、ならびに低アスペクト比プラズマにおける運動量輸送を理解する上で重要となる追加の物理メカニズムについて考察する。