Spontaneous generation of beta-limiting MHD modes in tokamaks

Abstract

It is shown that under conditions typical of fusion reactors of tokamak type, a spontaneous generation of magnetohydrodynamic (MHD) modes is possible, which may limit plasma pressure in ideally stable plasma. Electromagnetic field of such modes consists of two different scale lengths: a large-scale (MHD) component and a small-scale one, which is smaller than Larmor radius of thermal ions. It is suggested that these modes can be responsible for spontaneous generation of neoclassical tearing modes observed experimentally. The value of threshold beta for this mode onset was found to be similar to that in experiments showing NTMs.

Показано, що в умовах термоядерних реакторів типу токамак можлива спонтанна генерація магнітогідродинамічних (МГД) збурень, що призводять до обмеження на тиск ідеально стійкої плазми. Електромагнітне поле таких збурень має не тільки великомасштабну МГД складову, а ще й дрібномасштабну, характерний розмір якої малий у зрівнянні з ларморівським радіусом іонів. Припущено, що вказані збурення можуть бути відповідальні за експериментально досліджену спонтанну генерацію неокласичних тиринг мод (НТМ). Величина порога по бета для збудження виявлених нестійкостей є близькою з характерними значеннями для експериментів з НТМ.

Показано, что в условиях термоядерных реакторов типа токамак возможна спонтанная генерация магнитогидродинамических (МГД) возмущений, приводящая к ограничению на давление идеально устойчивой плазмы. Электромагнитное поле таких возмущений имеет не только крупномасштабную МГД составляющую, но и мелкомасштабную, характерный размер которой мал по сравнению с ларморовским радиусом ионов. Высказано предположение, что указанные возмущения могут быть ответственны за экспериментально наблюдаемую спонтанную генерацию неоклассических тиринг мод (НТМ). Величина порога по бета для возбуждения обнаруженных неустойчивостей оказывается близкой к характерным для экспериментов с НТМ значениям.