The capability of predicting the density limit of a magnetically confined burning plasma is of crucial importance to establish the ultimate performance of a fusion power plant. The Greenwald density limit, commonly used as an empirical scaling law, predicts that the maximum achievable central line-averaged density is given by the relation , where is the average plasma current density and k is the plasma elongation. However, several experiments have pointed out that such a limit can be overcome in the presence of peaked density profiles. This paper proposes a new empirical scaling law for a limiter tokamak operating in the low-energy confinement mode (L-mode) concerning the case of peaked density profiles associated with the presence of multifaceted asymmetric radiation from the edges. This result is based on dedicated experiments performed on the Frascati Tokamak Upgrade (FTU) under extremely clean machine conditions (Zeff = 1.0–1.5), in which the high-density domain is explored in a wide range of values of plasma current (Ip = 500–900 kA) and toroidal magnetic field (BT = 4–8 T). It is found that the maximum achievable central line-averaged density essentially depends on the toroidal magnetic field only and does not depend on the average plasma current density: the behaviour is explained in terms of density profile peaking in the high-density domain. As a confirmation that the limit is an edge limit, it is also shown that a Greenwald-like scaling (i.e. depending on the current density) actually holds for the edge line-averaged density (at r/a ≃ 4/5).
磁気閉じ込め燃焼プラズマの密度限界を予測する能力は、核融合発電所の究極の性能を確立するために極めて重要である。一般的に経験則として用いられるグリーンワルド密度限界は、達成可能な最大の中心線平均密度が関係式 , ここで は平均プラズマ電流密度、k はプラズマ伸長率である、によって与えられると予測する。しかしながら、いくつかの実験は、ピーク状の密度分布が存在する場合にはそのような限界が克服され得ることを指摘している。本論文は、周辺部からの多面的非対称放射の存在に関連するピーク状密度分布の場合について、低エネルギー閉じ込めモード（Lモード）で運転されるリミタートカマクに対する新しい経験則を提案する。この結果は、フラスカティ・トカマク・アップグレード（FTU）において、極めて清浄な装置条件下（Zeff = 1.0–1.5）で実施された専用実験に基づいている。そこでは、高密度領域が、プラズマ電流（Ip = 500–900 kA）およびトロイダル磁場（BT = 4–8 T）の広い値の範囲にわたって探査された。達成可能な最大の中心線平均密度は、本質的にトロイダル磁場のみに依存し、平均プラズマ電流密度には依存しないことが見出された。この挙動は、高密度領域における密度分布のピーキングによって説明される。この限界がエッジ限界であることの確認として、グリーンワルド類似のスケーリング（すなわち電流密度に依存するもの）が、エッジ線平均密度（r/a ≃ 4/5 において）に対しても実際に成り立つことが示される。