Reproducible plasma current start-up without a central solenoid (CS) has been demonstrated using the outer ohmic heating (OH) coils in the iron core STOR-M tokamak (Mitarai et al 2014 Fusion Eng. Des.89 2467–71). Although the outer OH coil current saturates the iron core eventually, it has been demonstrated that the plasma current can be maintained during the iron core saturation phase. In this work, further studies have been conducted to investigate the effects of the turn number of the outer OH coils (N = 4 or N = 6) in the CS-less discharges and to evaluate the plasma stability with respect to the n-decay index of the vertical magnetic field. For the loose coupling of the iron core with N = 4 turns, the plasma current can be sustained after the additional third capacitor bank is applied near the iron core saturation phase, showing the slow transition from the unsaturated to the partially saturated phase. For the case of stronger coupling of N = 6 turns, the plasma current is increased at the same fast bank voltage, but the main discharge is shortened from 35 to 20 ms. As the magnetizing current is smaller due to stronger coupling between the OH coils and the plasma current, the transition from the unsaturated to the saturated phase is slightly difficult at present. The present experimental results suggest a feasible operation scenario in a future spherical tokamak (ST) at least using loose iron core coupling for smoother transition from the unsaturated to the saturated iron core phase. Thus, a reliable plasma current start-up by the outer OH coils and the current ramp-up to a steady state by additional heating power and vertical field coils could be considered as an operation scenario for future ST reactors with an iron core transformer.
中央ソレノイド（CS）を用いないプラズマ電流の立ち上げが、鉄心STOR-Mトカマクにおいて外部オーミック加熱（OH）コイルを用いて実証された（Mitaraiら 2014 Fusion Eng. Des. 89 2467–71）。外部OHコイル電流は最終的に鉄心を飽和させるものの、鉄心飽和期間中もプラズマ電流を維持できることが実証された。本研究では、CSを用いない放電における外部OHコイルの巻数（N = 4またはN = 6）の影響をさらに調査し、垂直磁場の減衰指数（n）に対するプラズマ安定性を評価した。N = 4巻の鉄心の結合が弱い場合、鉄心飽和期近傍で追加の第3コンデンサバンクを投入することにより、プラズマ電流は未飽和相から部分飽和相への緩やかな遷移を示しながら維持された。N = 6巻の結合が強い場合、同一の高速バンク電圧でプラズマ電流は増加したが、主放電時間は35 msから20 msに短縮された。結合が強いほどOHコイルとプラズマ電流間の磁化電流が小さくなるため、未飽和相から飽和相への遷移は現状ではやや困難である。これらの実験結果は、将来の球状トカマク（ST）において、鉄心の未飽和相から飽和相へのより滑らかな遷移を実現するために、結合の弱い鉄心を用いた運転シナリオが有望であることを示唆している。したがって、鉄心変圧器を備えた将来のST炉において、外部OHコイルによる信頼性の高いプラズマ電流立ち上げと、追加加熱および垂直磁場コイルによる定常状態への電流立ち上げは、実現可能な運転シナリオと考えられる。