A large-volume flux closure during transient coaxial helicity injection (CHI) in NSTX-U is demonstrated through resistive magnetohydrodynamics (MHD) simulations. Several major improvements, including the improved positioning of the divertor poloidal field coils, are projected to improve the CHI start-up phase in NSTX-U. Simulations in the NSTX-U configuration with constant in time coil currents show that with strong flux shaping the injected open field lines (injector flux) rapidly reconnect and form large volume of closed flux surfaces. This is achieved by driving parallel current in the injector flux coil and oppositely directed currents in the flux shaping coils to form a narrow injector flux footprint and push the injector flux into the vessel. As the helicity and plasma are injected into the device, the oppositely directed field lines in the injector region are forced to reconnect through a local Sweet–Parker type reconnection, or to spontaneously reconnect when the elongated current sheet becomes MHD unstable to form plasmoids. In these simulations for the first time, it is found that the closed flux is over 70% of the initial injector flux used to initiate the discharge. These results could work well for the application of transient CHI in devices that employ super conducting coils to generate and sustain the plasma equilibrium.
NSTX-Uにおける過渡同軸ヘリシティ入射（CHI）中の大規模な磁束閉鎖が、抵抗性磁気流体力学（MHD）シミュレーションによって実証された。ダイバータポロイダル磁場コイルの配置改善を含むいくつかの主要な改良により、NSTX-UのCHI立ち上げ段階が改善されると予測されている。コイル電流を時間的に一定としたNSTX-U配位のシミュレーションでは、強い磁束成形により入射された開いた磁力線（インジェクタ磁束）が急速にリコネクションを起こし、大規模な閉じた磁束面を形成することが示された。これは、インジェクタ磁束コイルに平行電流を流し、磁束成形コイルに逆方向電流を流すことによって、狭いインジェクタ磁束フットプリントを形成し、インジェクタ磁束を容器内へ押し込むことで達成される。ヘリシティとプラズマが装置へ入射されるにつれて、インジェクタ領域の逆方向磁力線は、局所的なSweet-Parker型リコネクションを通じて強制的にリコネクションするか、あるいは細長い電流シートがMHD不安定性を起こしてプラズモイドを形成する際に自発的にリコネクションする。これらのシミュレーションにより、閉じた磁束が初期インジェクタ磁束の70%以上に達することが初めて示された。これらの結果は、超伝導コイルを用いてプラズマ平衡を生成・維持する装置における過渡CHIの応用に有望である。