The presented experimental study realized in the COMPASS tokamak demonstrates, for the first time, that the current density that flows from the plasma into the vacuum vessel during disruptions is limited by the ion particle flux. Such a limitation shows that, at least in COMPASS, the sheath that forms between the plasma and the first wall dominates the halo current flow. This observation is achieved by measuring simultaneously the ion saturation current with negatively biased Langmuir probes and the halo current with grounded probes to the vacuum vessel. These comparative measurements, which were never performed during disruptions in other machines, directly confirm that the halo current density remains below the ion particle flux in COMPASS. The study also shows, using Mirnov coils measurement, that the total electric current entering the wall grows with the plasma current while the current density obtained by Langmuir probes remains unaffected. This, together with the current density limitation, leads to a novel finding that the halo current width increases with the pre-disruptive plasma current, which limits the local forces. The new findings reported here could also provide potential constraints on the modeling of disruption-induced loads on future reactor scale tokamaks and motivation for further experiments on existing devices.
本論文で提示された、COMPASSトカマクにおいて実施された実験研究は、ディスラプション中にプラズマから真空容器へ流れる電流密度が、イオン粒子フラックスによって制限されることを初めて実証するものである。このような制限は、少なくともCOMPASSにおいては、プラズマと第一壁の間に形成されるシースがハロー電流の流れを支配することを示している。この観測は、負にバイアスされたラングミュアプローブによるイオン飽和電流と、接地されたプローブによるハロー電流を同時に測定することによって達成された。ディスラプション中にこれらを同時測定した例は他に無く、この比較測定により、ハロー電流密度がイオン粒子フラックスを下回ることを直接確認した。さらに、ミルノフコイルを用いた測定から、壁に流入する総電流はプラズマ電流とともに増加する一方、ラングミュアプローブで測定された電流密度は影響を受けないことが示された。このことと電流密度の制限を合わせると、ハロー電流の幅がディスラプション前のプラズマ電流とともに増加するという新たな知見が得られ、これが局所的な力の大きさを決定する。ここで報告された新たな発見は、将来の核融合炉規模の装置におけるディスラプション誘起荷重のモデリングに重要な制約を与えるとともに、既存装置での更なる実験の動機付けとなる。