This paper describes the poloidal and toroidal spin-up of an isothermal plasma in toroidal equilibria. The mechanism is the Stringer spin-up mechanism which will be generalized to an arbitrary toroidal equilibrium using the Hamada coordinate system. Viscous damping or magnetic pumping balances the accelerating forces and determines the threshold of spin-up. The accelerating forces arise from the Coriolis forces which couple the radial flow to the poloidal flow velocity. The magnetic pumping rate is computed for conventional stellarators and stellarators of the Helias type. Magnetic pumping depends on the specific structure of B on the magnetic surface and the results exhibit a smaller damping rate in Helias configurations than in conventional stellarators. The paper presents numerical results of viscous damping rates computed for conventional stellarators, the Wendelstein 7-AS and Wendelstein 7-X devices and a tokamak with a toroidal magnetic ripple.
本論文は、トロイダル平衡における等温プラズマのポロイダルおよびトロイダル方向のスピンアップについて述べる。その機構はStringerスピンアップ機構であり、これをHamada座標系を用いて一般のトロイダル平衡へ拡張する。粘性減衰または磁気ポンピングは加速力を釣り合わせ、スピンアップの閾値を決定する。加速力は、ポロイダル流速度と結合するコリオリ力に起因する。磁気ポンピング率は、従来型ステラレータおよびHelias型ステラレータについて計算される。磁気ポンピングは磁気面上のBの具体的な構造に依存し、その結果、Helias配位は従来型ステラレータよりも小さな減衰率を示す。本論文は、従来型ステラレータ、Wendelstein 7-ASおよびWendelstein 7-X装置、ならびにトロイダル磁気リップルを有するトカマクについて計算された粘性減衰率の数値結果を示す。