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Parameter limits of screw-pinch equilibria

B Lehnert, J Scheffel1992年Plasma Physics and Controlled FusionIF 2.2出版社

Anisotropic resistivity causes paramagnetic effects (Bz'(r)<0) in a screw pinch, being basically different to the self-relaxation in reversed field-pinches. The authors compute, analytically and numerically, the resulting influence on the plasma radius and on plasma beta in a straight cylindrical plasma. The results seem to indicate that D-D screw-pinch reactors which depend on safety factors q(a)>1 are unattainable. Diamagnetism caused by radial particle diffusion and the Nernst effect is also discussed. In a tokamak or reactor plasma, diamagnetism is shown to be negligible, whereas it may contribute in present ultra-low q, Extrap and RFP experiments. A basic relation is derived for the coupling between the poloidal and axial magnetic field components with the above effects included. Of specific importance to the Extrap programme is the result that plasma current limitation can arise due to the lack of equilibrium when the plasma radius tends to exceed its upper limit, which is defined by a magnetic or material limiter. Comparisons are made with stability limits depending on the safety factor, the number of contained ion Larmor radii and the line density.

日本語訳

異方性抵抗率は、スクリューピンチにおいて反磁性効果(Bz'(r)<0)を引き起こし、これは反転磁場ピンチにおける自己緩和とは基本的に異なる。著者らは、直線状円筒プラズマにおけるプラズマ半径とプラズマベータ値への影響を、解析的および数値的に計算する。その結果は、安全係数q(a)>1に依存するD-Dスクリューピンチ炉は実現不可能であることを示しているようである。半径方向の粒子拡散とネルンスト効果によって引き起こされる反磁性についても議論される。トカマクまたは炉プラズマにおいては、反磁性は無視できるほど小さいことが示されるが、一方で現在の超低q、ExtrapおよびRFP実験においては寄与する可能性がある。上記の効果を含めた場合のポロイダル磁場成分と軸方向磁場成分の間の結合に関する基本関係式が導出される。Extrap計画にとって特に重要なのは、プラズマ半径が磁気リミッターまたは物質リミッターによって定義される上限を超えようとするときに、平衡の欠如によりプラズマ電流の制限が生じ得るという結果である。安全係数、閉じ込められたイオンのラーマー半径の数、および線密度に依存する安定性限界との比較が行われる。

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