The axial plasma merging method is one of the start-up schemes to form spherical tokamak (ST) plasma without use of a center-solenoid coil. It involves a magnetic reconnection process in the presence of high toroidal magnetic field parallel to the reconnection electric field and has the potential to accelerate electrons directly along the magnetic field lines. In the paper, the role of boundary conditions of the reconnection downstream region was investigated in the UTST experiment. Self-generated axial electric field in the reconnection downstream region was observed to grow up to 20–30 times as large as the toroidal electric field where the MHD condition holds, but was largely suppressed inside the area where the magnetic field lines are contacted to the inboard limiter conductors equipped on the center stack. This suppression effect was attributed to the short circuit connection of the magnetic field lines to hinder the axial charge separation and then a significant part of the parallel electric field remained. These experimental results suggest that the merging start-up method has the capability to enhance electron acceleration efficiency by magnetic reconnection and may have the potential to produce high electron temperature ST plasma applicable for additional heating and current drive techniques.
軸方向プラズマ合体法は、中心ソレノイドを用いずに球状トカマク（ST）プラズマを形成するための立ち上げ方式の一つである。この方法は、リコネクション電場に平行な高トロイダル磁場の存在下での磁気リコネクション過程を伴い、磁力線に沿って電子を直接加速する可能性を有する。本論文では、UTST実験においてリコネクション下流領域の境界条件の役割を調査した。リコネクション下流領域において自己生成された軸方向電場は、MHD条件が成立する領域ではトロイダル電場の20〜30倍にまで成長することが観測されたが、磁力線がセンタースタックに装備された内側リミッタ導体に接触する領域では大きく抑制された。この抑制効果は、磁力線の短絡接続が軸方向の電荷分離を妨げることに起因し、その結果、平行電場の有意な部分が残留した。これらの実験結果は、合体立ち上げ法が磁気リコネクションによる電子加速効率を向上させる能力を有し、追加加熱および電流駆動技術に適用可能な高温電子球状トカマクプラズマを生成する可能性を示唆している。