In this study, the stochastization of the magnetic field in a simplified stellarator, which has a strong magnetic shear in the peripheral region, is studied using a nonlinear 3D equilibrium calculation code, HINT, which calculates the nonlinear resistive steady state using the relaxation method without the assumption of nested flux surfaces. For the finite beta equilibrium, the pressure-induced perturbed field breaks the nested flux surfaces, and the stochastization of the magnetic field appears in the region of the strong magnetic shear. The stochastization penetrates into the plasma core due to the increased beta and the effective plasma confinement degrades; in other words, the effective plasma volume shrinks. The stochastization strongly depends on the profile shape of the plasma pressure. Since the pressure gradient drives the Pfirsch–Schlüter current, the pressure profile affects the stochastization of the magnetic field. In order to understand the equilibrium beta limit due to the stochastization of the magnetic field, the profile shape of the plasma pressure is an important factor.
本研究では、周辺領域に強い磁気シアを有する簡略化されたステラレーターにおける磁場の確率化を、非線形3次元平衡計算コードHINTを用いて調べた。HINTは、入れ子状磁気面の仮定を用いずに、緩和法によって非線形抵抗平衡状態を計算する。有限ベータ平衡において、圧力勾配によって誘起される摂動磁場が入れ子状磁気面を破壊し、強い磁気シアの領域で磁場の確率化が生じる。ベータ値の増加に伴い、確率化はプラズマコア領域へと浸透し、有効プラズマ体積が減少するため、閉じ込めが劣化する。確率化の程度は、プラズマ圧力分布の形状に強く依存する。なぜなら、圧力勾配がピルシュ・シュリューター電流を駆動し、それが磁場の確率化に影響を与えるからである。したがって、磁場の確率化による平衡ベータ限界を理解するためには、プラズマ圧力分布の形状が重要な要素となる。