In this paper we present the fusion advanced studies torus (FAST) plasma scenarios and equilibrium configurations, designed to reproduce the ITER ones (with scaled plasma current) and suitable to fulfil plasma conditions for integrated studies of plasma–wall interaction, burning plasma physics, ITER relevant operation problems and steady state scenarios. The attention is focused on FAST flexibility in terms of both performance and physics that can be investigated: operations are foreseen in a wide range of parameters from high performance H-mode (toroidal field, BT, up to 8.5 T; plasma current, IP, up to 8 MA) to advanced tokamak (AT) operation (IP = 3 MA) as well as full non-inductive current scenario (IP = 2 MA). The coupled heating power is provided with 30 MW delivered by an ion cyclotron resonance heating system (30–90 MHz), 6 MW by a lower hybrid system (3.7 or 5 GHz) for the long pulse AT scenario, 4 MW by an electron cyclotron resonant heating system (170 GHz − BT = 6 T) for MHD and localized electron heating control and, eventually, with 10 MW by a negative neutral ion beam (NNBI), which the ports are designed to accommodate. In the reference H-mode scenario FAST preserves (with respect to ITER) fast ion induced as well as turbulence fluctuation spectra, thus addressing the cross-scale couplings issue of micro- to meso-scale physics. The non-inductive scenario at IP = 2 MA is obtained with 60–70% of bootstrap current and the remaining by LHCD. Predictive simulations of the H-mode scenarios have been performed by means of the JETTO code, using a semi-empirical mixed Bohm/gyro-Bohm transport model. Plasma position and shape control studies are also presented for the reference scenario.
本論文では、統合研究用のプラズマ・壁相互作用、燃焼プラズマ物理、ITERに関連する運転課題、定常状態シナリオのためのプラズマ条件を再現するように設計された、核融合先進研究トーラス（FAST）のプラズマシナリオと平衡配位について発表する。この研究は、高性能Hモード（トロイダル磁場、BT、最大8.5 T、プラズマ電流、IP、最大8 MA）から先進トカマク（AT）運転（IP = 3 MA）、および完全非誘導電流シナリオ（IP = 2 MA）までの広範囲のパラメータにおける運転が予測され、性能と調査可能な物理の両方におけるFASTの柔軟性に焦点を当てている。結合加熱電力は、イオンサイクロトロン共鳴加熱システム（30〜90 MHz）による30 MW、長時間パルスATシナリオ用の低域混成波加熱システム（3.7または5 GHz）による6 MW、MHDおよび局所電子加熱制御用の電子サイクロトロン共鳴加熱システム（170 GHz − BT = 6 T）による4 MW、そして最終的にはポートが収容できるように設計された負イオン源中性粒子ビーム（NNBI）による10 MWで供給される。基準Hモードシナリオでは、FASTは（ITERと比較して）高速イオン誘起および乱流ゆらぎスペクトルを維持し、ミクロからメソスケール物理のクロススケール結合問題に取り組む。IP = 2 MAの非誘導シナリオは、ブートストラップ電流60〜70%と、残りをLHCDで賄うことで得られる。Hモードシナリオの予測シミュレーションは、半経験的混合ボーム/ジャイロボーム輸送モデルを用いてJETTOコードによって実施された。基準シナリオに対するプラズマ位置・形状制御の研究も提示する。