Spherical tokamaks (STs) have attractive features for fusion, and there is considerable interest in understanding their transport properties which depend on the underlying microinstabilities. STs are capable of operation with low magnetic fields and exhibit large inhomogeneity in the toroidal magnetic field. These factors strongly affect particle dynamics and the potency of magnetic perturbations, which correspondingly impact on the microstability properties of STs. This paper reviews previous microstability studies in ST plasma configurations and presents gyrokinetic microstability calculations for a range of ST equilibria, using the gyrokinetic code GS2. Microstability properties of L-mode and H-mode equilibria, from the MAST experiment at Culham, are compared. In MAST the shearing rates of equilibrium E × B flows usually exceed the growth rates of microinstabilities with k⊥ρi < 1 (including ion temperature gradient, ITG, driven drift waves) and are generally smaller than the growth rates of shorter wavelength modes with k⊥ρi > 1 (electron temperature gradient, ETG, driven drift waves). Electromagnetic effects are significant at mid-radius in these MAST equilibria, where the local β ⩾ 0.1. At k⊥ρi < 1, strongly electromagnetic modes dominate over ITG instabilities, and these modes are found to have tearing parity in the H-mode plasma and twisting parity in the L-mode plasma. Numerical experiments have been carried out to assess the properties of the tearing parity modes and to probe the underlying physical drive mechanism. At shorter wavelengths the electromagnetic effects can significantly stabilize the ETG instabilities. Nonlinear electron scale microturbulence calculations for two surfaces of a MAST H-mode plasma suggest that significant electron heat transport can be carried via this mechanism. In an extremely high β ST equilibrium, which has been proposed as the basis of a conceptual ST power plant, electrostatic instabilities are fully stabilized, but tearing parity modes are predicted to be unstable over-wide range of length scales.
球状トカマク（ST）は核融合にとって魅力的な特徴を有しており、その輸送特性は基礎となる微視的不安定性に依存するため、それらの理解に対する関心が高まっている。STは低磁場での運転が可能であり、トロイダル磁場の大きな不均一性を示す。これらの要因は粒子の運動と磁気摂動の強度に強く影響し、それに応じてSTの微視的不安定性特性に影響を及ぼす。本論文では、ST配位における先行研究の微視的不安定性研究を概説し、ジャイロ運動論コードGS2を用いて、さまざまなST平衡状態に対するジャイロ運動論的微視的不安定性計算を示す。CulhamにおけるMAST実験からのLモードおよびHモード平衡状態の微視的不安定性特性を比較する。MASTにおいて、平衡E×Bフローのシア速度は通常、k⊥ρi < 1の微視的不安定性（イオン温度勾配（ITG）駆動のドリフト波を含む）の成長率を上回るが、k⊥ρi > 1のより短波長モード（電子温度勾配（ETG）駆動のドリフト波）の成長率よりは一般に小さい。これらのMAST平衡状態では、局所β ≥ 0.1の中間半径領域において電磁効果が顕著である。k⊥ρi < 1では、電磁モードがITG不安定性よりも優勢であり、これらのモードはHモードプラズマではテアリングパリティを、Lモードプラズマではツイスティングパリティを有することが見出された。テアリングパリティモードの特性を評価し、その基礎となる物理的駆動機構を探るために数値実験が実施された。より短い波長では、電磁効果がETG不安定性を有意に安定化させ得る。MAST Hモードプラズマの2つの領域に対する非線形電子スケール微視的乱流計算は、この機構によって有意な電子熱輸送が生じ得ることを示唆している。概念的ST発電炉の基礎として提案された極めて高いβのST平衡状態では、静電的不安定性は完全に安定化されるが、テアリングパリティモードは広範な長さスケールにわたって不安定であると予測される。