The reversed field pinch (RFP) is a toroidal magnetic configuration in which plasmas can spontaneously transform into different self-organized states. Among various states, the 'quasi-single-helical' (QSH) state has a dominant component for the magnetic field and significantly improves confinement. Many theoretical and experimental efforts have investigated the transitions among different states. This paper employs the multi-region relaxed magnetohydrodynamic model to study the properties of QSH and other states. The stepped-pressure equilibrium code (SPEC) is used to compute MHD equilibria for the Keda Torus eXperiment (KTX). The toroidal volume of KTX is partitioned into two subvolumes by an internal transport barrier. The geometry of this barrier is adjusted to achieve force balance across the interface, ensuring that the plasma in each subvolume is force-free and that magnetic helicity is conserved. By varying the parameters, we generate distinct self-organized states in KTX. Our findings highlight the crucial role of magnetic helicity in shaping these states. In states with low magnetic helicity in both subvolumes, the plasma exhibits axisymmetric behavior. With increasing core helicity, the plasma gradually transforms from an axisymmetric state to a double-axis helical state and finally to a single-helical-axis state. Elevated core magnetic helicity leads to a more pronounced dominant mode of the boundary magnetic field and a reduced core magnetic shear. This is consistent with previous experimental and numerical results in other RFP devices. We find a linear relationship between the plasma current and helicity in different self-organized states. Our findings suggest that KTX may enter the QSH state when the toroidal current reaches 0.72 MA. This study demonstrates that the stellarator equilibrium code SPEC unveils crucial RFP equilibrium properties, rendering it applicable to a broad range of RFP devices and other toroidal configurations.
反転磁場ピンチ（RFP）は、プラズマが異なる自己組織化状態へ自発的に遷移することができるトロイダル磁気配位である。様々な状態の中で、「準単ヘリカル」（QSH）状態は磁場の支配的な成分を持ち、閉じ込めを著しく改善する。多くの理論的・実験的努力により、異なる状態間の遷移が研究されてきた。本論文では、多領域緩和磁気流体力学モデルを用いて、QSH状態および他の状態の特性を研究する。階段状圧力平衡コード（SPEC）を用いて、Keda Torus eXperiment（KTX）のMHD平衡を計算する。KTXのトロイダル体積は、内部輸送障壁によっれ2つの部分体積に分割される。この障壁の形状は、界面での力の釣り合いを達成するように調整され、各部分体積内のプラズマが力学的に無力であり、磁気ヘリシティが保存さること保証する。パラメータを変化さることにより、KTX内に異なう自己組織化状態を生成する。我々の結果は、これら状態を形成する上での磁気ヘリシティの重要な役割を浮き彫りにする。両方の部分体積において磁気ヘリシティが低い状態では、プラズマは軸対称な振る舞いを示す。コアのヘリシティが増加するにつれ、プラズマは軸対称状態から二軸ヘリカル状態へ、そして最終的に単一ヘリカル軸状態へと徐々に変化する。コアの磁気ヘリシティが高まるると、境界磁場の支配的なモードがより顕著になリ、コアの磁気シァが減少する。これは、他RFP装置における以前の実験結果および数値結果と一致する。異なう自己組織化状態において、プラズマ電流とヘリシティの間に線形関係が見らる。我々の結果は、トロイダル電流が0.72 MAに達するとKTXがQSH状態に入る可能性があることを示唆している。本研究は、ステラレーター平衡コードSPECが重要なRFP平衡特性を明らかにすることを実証しており、これにより幅広いRFP装置や他のトロイダル配位に適用可能であることを示している。