Relativistic electron (RE) beams at high current density (low safety factor, qa) yet very low free-electron density accessed with D2 secondary injection in the DIII-D and JET tokamak are found to exhibit large-scale MHD instabilities that benignly terminate the RE beam. In JET, this technique has enabled termination of MA-level RE currents without measurable first-wall heating. This scenario thus offers an unexpected alternate pathway to achieve RE mitigation without collisional dissipation. Benign termination is explained by two synergistic effects. First, during the MHD-driven RE loss events both experiment and MHD orbit-loss modeling supports a significant increase in the wetted area of the RE loss. Second, as previously identified at JET and DIII-D, the fast kink loss timescale precludes RE beam regeneration and the resulting dangerous conversion of magnetic to RE kinetic energy. During the termination, the RE kinetic energy is lost to the wall, but the current fully transfers to the cold bulk thus enabling benign Ohmic dissipation of the magnetic energy on longer timescales via a conventional current quench. Hydrogenic (D2) secondary injection is found to be the only injected species that enables access to the benign termination. D2 injection: (1) facilitates access to low qa in existing devices (via reduced collisionality & resistivity), (2) minimizes the RE avalanche by 'purging' the high-Z atoms from the RE beam, (3) drives recombination of the background plasma, reducing the density and Alfven time, thus accelerating the MHD growth. This phenomenon is found to be accessible when crossing the low qa stability boundary with rising current, falling toroidal field, or contracting minor radius—the latter being the expected scenario for vertically unstable RE beams in ITER. While unexpected, this path scales favorably to fusion-grade tokamaks and offers a novel RE mitigation scenario in principle accessible with the day-one disruption mitigation system of ITER.
高電流密度（低安全係数、qa）でありながら非常に低い自由電子密度を持つ相対論的電子（RE）ビームが、DIII-DおよびJETトカマクにおけるD2二次入射によって実現され、REビームを無害に終了させる大規模MHD不安定性を示すことが見出された。JETでは、この手法により、測定可能な第一壁加熱を伴わずにMAレベルのRE電流を終了させることが可能となった。したがって、このシナリオは、衝突散逸を伴わずにRE緩和を達成するための予期せぬ代替経路を提供する。無害な終了は、2つの相乗効果によって説明される。第一に、MHD駆動のRE損失事象の間、実験とMHD軌道損失モデリングの両方が、RE損失の濡れ面積の有意な増加を支持する。第二に、JETおよびDIII-Dで以前に特定されたように、高速キンク損失の時間スケールは、REビームの再生成と、それに起因する磁気エネルギーからRE運動エネルギーへの危険な変換を排除する。終了中、RE運動エネルギーは壁に失われるが、電流は完全に冷たいバルクへと移行し、従来の電流クエンチによるより長い時間スケールでの磁気エネルギーの無害なオーミック散逸を可能にする。水素同位体（D2）二次入射が、無害な終了へのアクセスを可能にする唯一の入射種であることが見出された。D2入射は：(1)（衝突率と抵抗率の低減を介して）既存装置における低qaへのアクセスを容易にし、(2) REビームから高Z原子を「パージ」することによりREアバランシェを最小化し、(3) 背景プラズマの再結合を駆動して密度とアルフヴェン時間を低減し、それによってMHD成長を加速する。この現象は、上昇する電流、下降するトロイダル磁場、または収縮する小半径によって低qa安定性境界を横切る際にアクセス可能であることが見出された—後者はITERにおける垂直不安定REビームの予想シナリオである。予期せぬことではあるが、この経路は核融合グレードのトカマクへ好適にスケーリングされ、原理的にはITERの初日擾乱緩和システムでアクセス可能な新規のRE緩和シナリオを提供する。