In previous work (Gates and Delgado-Aparicio 2012 Phys. Rev. Lett.108 165004), the onset criterion for radiation-driven islands (Rebut et al 1985 Proc. 10th Int. Conf. on Plasma Physics and Controlled Nuclear Fusion Research 1984 (London, UK, 1984) vol 2 (Vienna: IAEA) p 197) in combination with a simple cylindrical model of tokamak current channel behaviour was shown to be consistent with the empirical scaling of the tokamak density limit (Greenwald et al 1988 Nucl. Fusion28 2199). A number of the unexplained phenomena at the density limit are consistent with this novel physics mechanism. In this work, a more formal theoretical underpinning, consistent with cylindrical tearing mode theory, is developed for the onset criteria of these modes. The appropriate derivation of the radiation-driven addition to the modified Rutherford equation (MRE) is discussed. Additionally, the ordering of the terms in the MRE is examined in a regime near the density limit. It is hoped that, given the apparent success of this simple model in explaining the observed global scalings, it will lead to a more comprehensive analysis of the possibility that radiation-driven islands are the physics mechanism responsible for the density limit. In particular, with modern diagnostic capabilities detailed measurements of current densities, electron densities and impurity concentrations at rational surfaces should be possible, enabling verification of the concepts described above.
以前の研究 (Gates and Delgado-Aparicio 2012 Phys. Rev. Lett.108 165004) において、放射駆動磁気島の発生条件 (Rebut et al 1985 Proc. 10th Int. Conf. on Plasma Physics and Controlled Nuclear Fusion Research 1984 (London, UK, 1984) vol 2 (Vienna: IAEA) p 197) と、トカマク電流チャネル挙動の単純な円筒モデルとの組み合わせが、トカマク密度限界の経験的スケーリング (Greenwald et al 1988 Nucl. Fusion28 2199) と整合することが示された。密度限界における未解明の現象の多くは、この新しい物理機構と整合する。本論文では、これらのモードの発生条件に対して、円筒テアリングモード理論と整合する、より形式的な理論的基盤を構築する。修正ラザフォード方程式 (MRE) への放射駆動による追加項の適切な導出について議論する。さらに、密度限界近傍の領域における MRE の各項のオーダリングを調べる。この単純なモデルが観測された大域的スケーリングを説明する上で明らかに成功していることを踏まえると、放射駆動磁気島が密度限界の原因となる物理機構である可能性について、より包括的な解析が進むことが期待される。特に、現代の診断能力を用いれば、有理面における電流密度、電子密度、不純物濃度の詳細な測定が可能となり、上述の概念の検証が可能になるはずである。