In addition to the operational limits imposed by MHD stability on plasma current and pressure, an independent limit on plasma density is observed in confined toroidal plasmas. This review attempts to summarize recent work on the phenomenology and physics of the density limit. Perhaps the most surprising result is that all of the toroidal confinement devices considered operate in similar ranges of (suitably normalized) densities. The empirical scalings derived independently for tokamaks and reversed-field pinches are essentially identical, while stellarators appear to operate at somewhat higher densities with a different scaling. Dedicated density limit experiments have not been carried out for spheromaks and field-reversed configurations, however, `optimized' discharges in these devices are also well characterized by the same empirical law. In tokamaks, where the most extensive studies have been conducted, there is strong evidence linking the limit to physics near the plasma boundary: thus, it is possible to extend the operational range for line-averaged density by operating with peaked density profiles. Additional particles in the plasma core apparently have no effect on density limit physics. While there is no widely accepted, first principles model for the density limit, research in this area has focussed on mechanisms which lead to strong edge cooling. Theoretical work has concentrated on the consequences of increased impurity radiation which may dominate power balance at high densities and low temperatures. These theories are not entirely satisfactory as they require assumptions about edge transport and make predictions for power and impurity scaling that may not be consistent with experimental results. A separate thread of research looks for the cause in collisionality enhanced turbulent transport. While there is experimental and theoretical support for this approach, understanding of the underlying mechanisms is only at a rudimentary stage and no predictive capability is yet available.
閉じ込めトーラスプラズマにおいて、MHD安定性によって課されるプラズマ電流と圧力に関する運転限界に加えて、プラズマ密度に対する独立した限界が観測される。本レビューは、密度限界の現象論と物理に関する最近の研究を要約することを試みるものである。おそらく最も驚くべき結果は、考察対象となるすべてのトーラス閉じ込め装置が、(適切に規格化された)密度の類似した範囲で運転されるということであろう。トカマクと反転磁場ピンチに対して独立に導出された経験則は本質的に同一である一方、ステラレータは異なるスケーリング則に従い、やや高い密度で運転されるように見える。スフェロマクと磁場反転配位については、専用の密度限界実験は行われていないが、これらの装置における「最適化された」放電も同じ経験則によって良好に特徴づけられる。最も広範な研究が行われているトカマクにおいては、密度限界がプラズマ境界近傍の物理と強く関連しているという証拠が得られている。すなわち、密度分布をピーキングさせることによって、線平均密度に関する運転領域を拡大することが可能である。プラズマ中心部への追加の粒子供給は、密度限界の物理には apparent に影響を及ぼさない。密度限界に対する第一原理に基づく広く受け入れられたモデルはまだ存在しないが、この分野の研究は、強い周辺部冷却をもたらす機構に焦点を当ててきた。理論的研究は、高密度・低温領域においてパワーバランスを支配しうる不純物放射の増大の帰結に集中してきた。しかしながら、これらの理論は周辺輸送に関する仮定を必要とし、またパワーおよび不純物スケーリングに関する予測が実験結果と一致しない場合があるため、完全に満足のいくものではない。別の研究方向としては、衝突性により増強された乱流輸送に原因を求めるものがある。このアプローチには実験的・理論的裏付けが存在するものの、その基礎となる機構の理解は未だ初歩的な段階にあり、予測能力はまだ得られていない。