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Magnetohydrodynamic equilibrium and the stability of tokamak and reversed-field pinch systems with 3D helical cores

W A Cooper, J P Graves, O Sauter, D Terranova, M Gobbin, L Marrelli, P Martin, I Predebon2011年Plasma Physics and Controlled FusionIF 2.2出版社

Bifurcated magnetohydrodynamic (MHD) equilibrium states are computed for ITER hybrid scenario and RFX-mod SHAx configurations with very flat or reversed core magnetic shear conditions. In the ITER studies, the minimum inverse rotational transform qmin is near unity, while for RFX-mod it is 1/8. Two equilibrium states are obtained: one is axisymmetric, the other displays a 3D helical core. In tokamak devices, the structure resembles a saturated ideal MHD internal kink mode. In the reversed-field pinch, the structure is seven-fold toroidally periodic. The equilibrium magnetic field spectrum in the Boozer coordinate frame is calculated in both the ITER and RFX-mod configurations and the implications are discussed. The RFX-mod equilibria are strongly unstable to external ideal MHD kink modes, which become stabilized with a closely fitting conducting shell when the equilibrium state has a weak reversed core shear. It is marginally unstable with a monotonic q-profile. Unstable modes are driven by the Ohmic current, with pressure and Pfirsch–Schlüter currents having a very weak effect. The external kink mode spectrum is dominated by coupled m = 1, n = 6 and m = 2, n = 13 Fourier components, which revert to m = 1, n = 8 and m = 2, n = 15 terms with a conducting wall in proximity to the plasma–vacuum interface.

日本語訳

分岐した磁気流体力学(MHD)平衡状態が、ITERハイブリッドシナリオおよびRFX-mod SHAx配位について、非常に平坦または反転したコア磁気シア条件のもとで計算される。ITERの研究では、最小逆回転変換qminは1に近く、一方RFX-modでは1/8である。2つの平衡状態が得られる:1つは軸対称であり、もう1つは3次元のヘリカルコアを示す。トカマク装置では、その構造は飽和した理想MHD内部キンクモードに類似する。逆転磁場ピンチでは、その構造は7回対称のトロイダル周期を示す。ボッツァー座標系における平衡磁場スペクトルは、ITERおよびRFX-modの両配位について計算され、その含意が議論される。RFX-mod平衡は外部理想MHDキンクモードに対して強く不安定であり、平衡状態が弱い反転コアシアを持つ場合、密着した導体シェルによって安定化される。単調なqプロファイルの場合、それは限界的に不安定である。不安定モードはオーミック電流によって駆動され、圧力およびプフィルシュ・シュリューター電流の効果は非常に弱い。外部キンクモードスペクトルは、結合したm = 1、n = 6およびm = 2、n = 13のフーリエ成分によって支配され、プラズマ・真空界面に近接した導体壁がある場合、これらはm = 1、n = 8およびm = 2、n = 15の項に戻る。

装置

iter中精度(概要文一致)

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MagnetohydrodynamicsReversed field pinch
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