Helical distortion in the core region and its formation mechanism in weakly reversed magnetic shear tokamak plasmas are investigated using three-dimensional magnetohydrodynamic (MHD) equilibrium calculations and MHD stability analysis. It is found that there are two different types of helical equilibrium states: one is a rigid-body shift in the core region on a poloidal cross-section, while the other is a local advection only around the magnetic axis. Linear stability analysis of the corresponding axisymmetric equilibrium is carried to understand the origin of these two types of helical equilibrium states. The analysis shows that the former is related to the current-driven internal-kink instability, while the latter is linked to the pressure-driven quasi-interchange instability. The kink-mode-driven helical equilibrium state appears when the minimum value of the safety factor is close to unity, while the quasi-interchange-driven helical equilibrium state appears when is below unity. The appearance of the quasi-interchange state is attributed to the weak magnetic shear at the inner rational surface and finite β.
弱磁気シアトカマクプラズマにおけるコア領域のヘリカル平衡とその形成メカニズムを、三次元磁気流体力学(MHD)平衡計算とMHD安定性解析を用いて調べた。ポロイダル断面において、コア領域の剛体シフトに対応するヘリカル平衡状態と、磁気軸周辺のみの局所的对流に対応するヘリカル平衡状態の、2種類の異なるヘリカル平衡状態が存在することが見出された。これらの2種類のヘリカル平衡状態の起源を理解するために対応する軸対称平衡の線形安定性解析を行った。解析の結果、前者は電流駆動の内部キンク不安定性に関連し、後者は圧力駆動の準交換(quasi-interchange)不安定性に関連することが示された。キンクモード駆動のヘリカル平衡状態は、安全係数の最小値が1に近いときに現れる一方、準交換駆動のヘリカル平衡状態は、安全係数の最小値が1より小さいときに現れる。準交換状態の出現は、内側の有理面における弱い磁気シアと有限βに起因する。