In this work, the formation and merging of two spherical tokamak (ST) plasmas have been studied by the mean of the 2D Hall-MHD simulation. It was found that during the ST plasma formation, an internal toroidal field is formed due to the changes in the flux surface. The expanding force of this toroidal field pushes the formed STs toward the mid-plane just after the pinch-off, while the magnetic tension and mutual attraction of plasma toroids mainly drive the merging at the mid-plane. During the merging, the internal toroidal field doubles inside the separatrix due to the shrinking of the flux surface while the total toroidal and poloidal fluxes are conserved. After the merging, the single plasma goes through a relaxation process, reaching a force-free state.
本研究では、2次元Hall-MHDシミュレーションを用いて、2つの球状トカマク（ST）プラズマの形成と合体について調べた。STプラズマ形成中に、磁束面の変化により内部トロイダル磁場が形成されることが見出された。このトロイダル磁場の膨張力は、ピンチオフ直後に形成されたSTを中間面に向かって押し出し、一方、磁気張力とプラズマトロイドの相互引力が主に中間面での合体を駆動する。合体中、内部トロイダル磁場は、磁束面の収縮によりセパラトリックス内で2倍になる一方、全トロイダルおよびポロイダル磁束は保存される。合体後、単一のプラズマは緩和過程を経て、力のない状態に到達する。