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Stability of alternative toroidal systems with respect to ideal local modes

A B Mikhailovskii, A A Skovoroda2002年Plasma Physics and Controlled FusionIF 2.2出版社

Stability of alternative toroidal systems is theoretically studied. It is assumed that, on the one hand, these systems are stabilized by compressibility, and, on the other hand, `according to Mercier', they prove to be unstable. As shown, a remarkable property of `well-organized' alternative systems is the fact that, for such systems, in contrast to `classical' ones (like large-aspect-ratio tokamaks and stellarators), the Mercier modes are the relatively slow sound modes but not the rather fast Alfvén modes. As a result, the ideal instabilities, arising in violation of the Mercier stability criterion, have relatively small growth rates and, in principle, can be suppressed by effects lying beyond the scope of ideal magnetohydrodynamic. In this respect, alternative systems have an advantage over classical ones, for which the violation of the Mercier stability criterion should lead to catastrophic consequences. A new stability criterion, allowing one to distinguish `well-organized' from `badly organized' systems, is derived. To use this criterion one should know the so-called Glasser parameters, calculated by means of averaging certain equilibrium values over the magnetic surface of the system. It is explained that a `candidate' for `well-organized' systems should belong to the class of the finite-aspect-ratio systems. It is noted that, as such `candidates', one can consider, in particular, spherical tokamaks and compact stellarators.

日本語訳

代替トロイダル系の安定性が理論的に研究される。一方では、これらの系は圧縮性によって安定化されると仮定され、他方では、「メルシエによれば」、それらは不安定であることが証明される。示されるように、「よく組織化された」代替系の顕著な特性は、そのような系においては、「古典的な」系(大きなアスペクト比のトカマクやステラレーターなど)とは対照的に、メルシエモードが比較的遅い音波モードであり、かなり速いアルヴェンモードではないという事実である。その結果、メルシエ安定性基準の違反から生じる理想的不安定性は、比較的小さな成長率を持ち、原理的には、理想電磁流体力学の範囲を超える効果によって抑制され得る。この点において、代替系は、メルシエ安定性基準の違反が壊滅的な結果をもたらすはずである古典的な系に対して利点を持つ。「よく組織化された」系と「悪く組織化された」系を区別することを可能にする新しい安定性基準が導出される。この基準を使用するには、系の磁気面上の平衡値の平均化によって計算される、いわゆるグラッサーパラメータを知る必要がある。「よく組織化された」系の「候補」は、有限アスペクト比の系のクラスに属すべきであることが説明される。そのような「候補」として、特に、球状トカマクやコンパクトステラレーターを考えることができることが指摘される。

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