As a new spherical tokamak designed to simplify the engineering requirements of a possible future fusion power source, the EXL-50 experiment features a low aspect ratio vacuum vessel (VV), encircling a central post assembly containing the toroidal field coil conductors without a central solenoid. Multiple electron cyclotron resonance heating (ECRH) resonances are located within the VV to improve current drive effectiveness. Copious energetic electrons are produced and measured with hard x-ray detectors, carry the bulk of the plasma current ranging from 50–150 kA, which is maintained for more than 1 s duration. It is observed that over one ampere current can be sustained per watt of ECRH power issued from the 28 GHz gyrotrons. The plasma current reaches Ip > 80 kA for high density (>5 × 1018 m−2) discharge with 150 kW ECRH. An analysis was carried out combining reconstructed multi-fluid equilibrium, guiding-center orbits of energetic electrons, and resonant heating mechanisms. It is verified that in EXL-50 a broadly distributed current of energetic electrons creates a smaller closed magnetic-flux surface of low aspect ratio that in turn confines the thermal plasma electrons and ions and participate in maintaining the equilibrium force balance.
新たな球状トカマクとして、将来の核融合エネルギー源の工学的要件を簡素化することを目的としたEXL-50実験は、中心ソレノイドを有さずにトロイダル磁場コイル導体を内包する中心支柱を囲む、低アスペクト比の真空容器（VV）を特徴とする。複数の電子サイクロトロン共鳴加熱（ECRH）共鳴層が真空容器内に配置され、電流駆動効率を向上させている。多量の高エネルギー電子が生成され、硬X線検出器により計測され、50〜150 kAの範囲のプラズマ電流の大部分を担っており、この電流は1秒以上の持続時間にわたり維持される。28 GHzジャイロトロンから供給されるECRH電力1ワット当たり1アンペアを超える電流が持続可能であることが観測されている。プラズマ電流は、150 kWのECRHによる高密度（>5×10¹⁸ m⁻²）放電においてIp > 80 kAに達する。再構成された多流体平衡、高エネルギー電子のジャイロ中心軌道、および共鳴加熱機構を組み合わせた解析が実施された。EXL-50において、広く分布した高エネルギー電子電流が、より小さな閉磁気面を形成し、その低アスペクト比の閉磁気面が熱プラズマの電子とイオンを閉じ込め、力の平衡維持に寄与していることが検証された。