The characteristics of various quasi-single helicities (QSHs) in the Keda Torus eXperiment (KTX) are investigated in ideal magnetohydrodynamics (MHD) simulations with self-organized helical equilibria. It is found that in the core plasma region the negative magnetic shear imposes a substantial influence on the stabilization of interchange modes, which can enhance the magnetic fluctuations of the dominant single mode. The prominent reversal shear plays a critical role on the transition to the QSH phase. This paper shows that the QSH state with a toroidal field periodicity Nfp = 6 is expected to stably achieve by the negative magnetic shear in the future KTX experiments. In addition, the plasma confinement effected by subdominant modes is estimated using particle drift computations in the KTX. As the amplitude of residual subdominant modes increases the radial drift is significantly enhanced, which indicates a drastic loss of ions arises from the subdominant modes with sufficient amplitudes. The result appears to agree with experimental observations in the Madison Symmetric Torus (MST) (Bonofiglo 2019 Phys. Rev. Lett.123 055001). This work may shed a light on the transition mechanism between the multiple helicities (MH) phase and the QSH phase in reversed-field pinch (RFP) facilities. Moreover, to improve the confinement of RFP in the QSH scenario, the critical importance of subdominant mode amplitudes on the ion confinement should be greatly considered.
Keda Torus eXperiment（KTX）における様々な準単一ヘリシティ（QSH）の特性を、自己組織化されたヘリカル平衡を用いた理想磁気流体力学（MHD）シミュレーションで調査した。コアプラズマ領域において、負の磁気シアが交換モードの安定化に substantial な影響を及ぼし、これにより支配的な単一モードの磁気揺動が増強され得ることが見出された。顕著な反転シアはQSH位相への遷移に決定的な役割を果たす。本論文は、トロイダル磁場周期Nfp = 6を有するQSH状態が、将来のKTX実験において負の磁気シアによって安定に達成されることが期待されることを示す。さらに、KTXにおける粒子ドリフト計算を用いて、準優勢モードによって影響を受けるプラズマ閉じ込めを評価した。残留する準優勢モードの振幅が増加するにつれて、半径方向ドリフトが著しく増強され、これは十分な振幅を持つ準優勢モードからイオンの drastic な損失が生じることを示している。この結果は、Madison Symmetric Torus（MST）における実験観測（Bonofiglo 2019 Phys. Rev. Lett.123 055001）と一致するように思われる。この研究は、逆転磁場ピンチ（RFP）装置における多重ヘリシティ（MH）位相とQSH位相の間の遷移メカニズムに光を当てる可能性がある。さらに、QSHシナリオにおけるRFPの閉じ込めを改善するためには、イオン閉じ込めに対する準優勢モード振幅の臨界的な重要性を大いに考慮すべきである。