This study successfully developed a refueling technique for a field-reversed configuration (FRC) via axial plasmoid injection and demonstrated it on the FAT-CM device at Nihon University. The target FRC is generated using the collisional-merging formation technique combined with conical theta-pinch formation. Plasmoids with an FRC-like configuration are coaxially injected from both ends of the FAT-CM device toward the preexisting target FRC. Postinjection, the system achieves equilibrium, resulting in increases by factors of 1.8 and 2.4 in the total inventory and plasma energy, respectively, compared to cases without injection. This method effectively accomplishes FRC refueling while preserving the intrinsic characteristics of a simply connected, axisymmetric configuration and a high beta value approaching unity. Therefore, this approach offers potential for repetitive refueling in the reactor stage having a FRC plasma core. Experimental outcomes are compared with magnetohydrodynamic simulation results. In the collisional merging process, the characteristics of the pre-collision plasmoids, such as the strong toroidal rotation and coherent FRC-like magnetic field structures of the FRC, are not preserved. Experimental environments have been constructed to investigate such unique properties of the resulting FRCs.
本研究では、軸方向プラズモイド入射による磁場反転配位（FRC）の補給技術を開発し、日本大学のFAT-CM装置で実証した。対象FRCは、円錐シータピンチ生成法と組み合わせた衝突合体生成法を用いて生成される。FRC様の配位を持つプラズモイドが、FAT-CM装置の両端から既存の対象FRCに向けて同軸上に入射される。入射後、系は平衡に達し、入射がない場合と比較して、総粒子量とプラズマエネルギーがそれぞれ1.8倍および2.4倍に増加する。この方法は、単連結で軸対称な配位と1に近い高ベータ値という固有の特性を保ちながら、FRC補給を効果的に達成する。したがって、この手法は、FRCプラズマコアを有する炉段階での反復補給の可能性を提供する。実験結果は、磁気流体力学シミュレーション結果と比較される。衝突合体過程では、衝突前のプラズモイドの特性、例えばFRCの強いトロイダル回転やコヒーレントなFRC様磁場構造は、保存されない。結果として得られるFRCのそのような独特の特性を調べるための実験環境が構築された。