The transfer of the plasma current from thermal to relativistic electrons is a threat to ITER achieving its mission. This danger is significantly greater in the nuclear than in the non-nuclear phase of ITER operations. Two issues are pivotal. The first is the extent and duration of magnetic surface breaking in conjunction with the thermal quenches. The second is the exponential sensitivity of the current transfer to three quantities: (1) the poloidal flux change required to e-fold the number of relativistic electrons, (2) the time after the beginning of the thermal quench before the accelerating electric field exceeds the Connor-Hastie field for runaway, and (3) the duration of the period in which magnetic surfaces remain open. Adequate knowledge does not exist to devise a reliable strategy for the protection of ITER. Uncertainties are sufficiently large that a transfer of neither a negligible nor the full plasma current to relativistic electrons can be ruled out during the non-nuclear phase of ITER. Tritium decay can provide a sufficiently strong seed for a dangerous relativistic-electron current even if and are sufficiently long to avoid relativistic electrons during non-nuclear operations. The breakup of magnetic surfaces that is associated with thermal quenches occurs on a time scale associated with fast magnetic reconnection, which means reconnection at an Alfvénic rather than a resistive rate. Alfvénic reconnection is well beyond the capabilities of existing computational tools for tokamaks, but its effects can be studied using its property of conserving magnetic helicity. Although the dangers to ITER from relativistic electrons have been known for twenty years, the critical issues have not been defined with sufficient precision to formulate an effective research program. Studies are particularly needed on plasma behavior in existing tokamaks during thermal quenches, behavior which could be clarified using methods developed here.
熱プラズマ電流から相対論的電子への転移は、ITERの使命達成に対する脅威である。この危険性は、ITER運転の非核融合段階よりも核融合段階において著しく大きい。二つの問題が極めて重要である。第一に、熱クエンチに伴う磁気面の破壊の程度と持続時間である。第二に、電流転移の三つの量に対する指数関数的敏感性である：(1) 相対論的電子の数をe倍にするために必要なポロイダル磁束変化、(2) 熱クエンチ開始後、加速電場がランナウェイに対するコナー・ヘイスト場を超えるまでの時間、(3) 磁気面が開いたままである期間。ITERの保護のための信頼性の高い戦略を立案するには、十分な知識が存在しない。不確実性は十分に大きく、ITERの非核融合段階において、無視できる程度の電流転移も、プラズマ電流全体の転移も排除することはできない。トリチウム崩壊は、非核融合運転中に、たとえ(1)と(2)が相対論的電子を回避するのに十分に長い場合でも、危険な相対論的電子電流に対する十分に強い種を提供し得る。熱クエンチに伴う磁気面の破壊は、高速磁気リコネクションに関連する時間スケールで発生し、これは抵抗性ではなくアルフヴェン速度でのリコネクションを意味する。アルフヴェン速度でのリコネクションは、既存の計算ツールの能力をはるかに超えているが、その効果は磁気ヘリシティ保存則を用いて研究することができる。相対論的電子によるITERへの危険性は20年前から知られているが、効果的な研究プログラムを策定するために必要な精度で重要な問題が定義されていない。特に、熱クエンチ中の既存のトカマクにおけるプラズマ挙動の研究が必要であり、その挙動はここで開発された方法を用いて解明することができる。