We have increased substantially the electron and ion temperatures, the electron density, and the total beta in plasmas with improved energy confinement in the Madison Symmetric Torus (MST). The improved confinement is achieved with a well-established current profile control technique for reduction of magnetic tearing and reconnection. A sustained ion temperature >1 keV is achieved with intensified reconnection-based ion heating followed immediately by current profile control. In the same plasmas, the electron temperature reaches 2 keV, and the electron thermal diffusivity drops to about 2 m2 s−1. The global energy confinement time is 12 ms. This and the reported temperatures are the largest values yet achieved in the reversed-field pinch (RFP). These results were attained at a density ∼1019 m−3. By combining pellet injection with current profile control, the density has been quadrupled, and total beta has nearly doubled to a record value of about 26%. The Mercier criterion is exceeded in the plasma core, and both pressure-driven interchange and pressure-driven tearing modes are calculated to be linearly unstable, yet energy confinement is still improved. Transient momentum injection with biased probes reveals that global momentum transport is reduced with current profile control. Magnetic reconnection events drive rapid momentum transport related to large Maxwell and Reynolds stresses. Ion heating during reconnection events occurs globally, locally, or not at all, depending on which tearing modes are involved in the reconnection. To potentially augment inductive current profile control, we are conducting initial tests of current drive with lower-hybrid and electron-Bernstein waves.
我々は、マディソン対称トーラス（MST）において、エネルギー閉じ込めが改善されたプラズマ中の電子温度、イオン温度、電子密度、および全ベータ値を大幅に増加させた。この改善された閉じ込めは、磁気テアリングとリコネクションを低減するための確立された電流分布制御技術によって達成される。持続的なイオン温度1 keV超は、強化されたリコネクションに基づくイオン加熱と、それに続く即時の電流分布制御によって達成される。同じプラズマ中で、電子温度は2 keVに達し、電子熱拡散係数は約2 m2 s−1に低下する。全球エネルギー閉じ込め時間は12 msである。これらおよび報告された温度は、逆転磁場ピンチ（RFP）においてこれまでに達成された最大値である。これらの結果は、密度約1019 m−3で得られた。ペレット入射を電流分布制御と組み合わせることにより、密度は4倍に増加し、全ベータ値は記録的な約26%までほぼ倍増した。メリシエ基準はプラズマコアで超過しており、圧力駆動型の交換モードとテアリングモードの両方が線形不安定であると計算されるが、それにもかかわらずエネルギー閉じ込めは依然として改善されている。過渡的なプローブを用いた運動量入射により、電流分布制御によって全球運動量輸送が低減されることが明らかになった。磁気リコネクション事象は、大きなマクスウェル応力とレイノルズ応力に関連する急速な運動量輸送を駆動する。リコネクション事象中のイオン加熱は、リコネクションに関与するテアリングモードに応じて、全球的に発生するか、局所的に発生するか、あるいはまったく発生しない。電流分布制御を補強する可能性を探るため、低混成波および電子バーンスタイン波を用いた電流駆動の初期試験を実施している。