Since 1986, the centre solenoid (CS)-less formations of ultra-high-beta CT/ST plasmas have been developed in the TS-3 merging experiment using high power heating of magnetic reconnection. In the cohelicity (Type-A) merging, two STs were merged together to build up the plasma beta to βT≈0.5. In the counterhelicity (Type-B) merging, an oblate FRC formed by two merging spheromaks with opposing toroidal field Bt, was transformed into an ultra-high-beta (βT≈0.8) ST by applying external toroidal field Bt. We made the BALLOO code stability analyses of the produced STs and concluded that formations of the first-stable/marginally second-stable STs were obtained by Type-A merging and the second-stable STs by Type-B merging and also unstable STs by both mergings. The ballooning-stable regime calculated from the experimental data was almost consistent with the measured high-n instabilities. The stable regime became larger significantly by increasing the hollowness of current profile and broadness of pressure profile. This paper also addresses normalized betas βN of thus produced STs as large as 6–17 for comparison with the Troyon scaling and a promising B2 scaling of the reconnection heating. These facts indicate that the axial merging is one of the most efficient startup method for high-beta ST without powerful CS.
1986年以来，TS-3合体実験において，磁気リコネクションの高出力加熱を用いた超高ベータCT/STプラズマの中心ソレノイド（CS）なし形成が開発されてきた。同螺旋性（タイプA）合体では，2つのSTが合体され，プラズマベータをβT≈0.5まで立ち上げた。反螺旋性（タイプB）合体では，逆方向のトロイダル磁場Btを持つ2つのスフェロマクの合体によって形成された扁平FRCが，外部トロイダル磁場Btを印加することにより，超高ベータ（βT≈0.8）STへと変換された。我々は，生成されたSTのBALLOOコード安定性解析を行い，タイプA合体によって第一安定/準第二安定STの形成が得られ，タイプB合体によって第二安定STが得られ，また両方の合体によって不安定STも得られると結論づけた。実験データから計算されたバルーニング安定領域は，測定された高n不安定性とほぼ一致した。安定領域は，電流分布のホローネスと圧力分布の広がりを増加させることによって，有意に拡大した。本論文はまた，このようにして生成されたSTの規格化ベータβNが6–17にも達することを，トロイオン則およびリコネクション加熱の有望なB2則との比較のために取り上げる。これらの事実は，軸方向合体が，強力なCSなしでの高ベータSTの最も効率的な立ち上げ手法の一つであることを示している。