An optimum plasma pressure/current density profile and corresponding heating/current drive (H/CD) determination scheme is newly developed by integrating equilibrium, stability, confinement, and H/CD, self-consistently subject to maximize the fusion gain for Korean fusion demonstration reactor (K-DEMO) steady-state operation scenarios. The integrated plasma modeling package, FASTRAN/IPS, is adopted for the integrated numerical apparatus. The target pressure profile with a pedestal structure is investigated by varying its peaking, pedestal height and width as a first step. Formation of stable equilibria is evaluated by solving the Grad–Shafranov equation and checking linear MHD stability. For the case of potentially stable equilibrium, required external heating distribution is calculated by considering both power balance and external current drive alignment to reproduce the pressure profile of the stable equilibrium. Electron/ion temperature and poloidal flux evolutions are solved with the derived heating configuration to find a steady-state scenario and achieve self-consistent plasma profiles. A self-consistent target steady-state pressure and current profile parameters are proposed through designed systematic algorithm with fusion power PF = 2070 MW, fusion gain Q = 19.7, and normalized beta βN = 2.8 at toroidal field BT = 7.4 T and plasma current IP = 15.5 MA. Feasibility of fusion power PF = 3000 MW operation is also explored with enhanced density and temperature limit assumption.
最適なプラズマ圧力/電流密度分布と対応する加熱/電流駆動(H/CD)決定スキームを、韓国核融合実証炉(K-DEMO)定常運転シナリオに対して核融合利得を最大化するように、平衡、安定性、閉じ込め、およびH/CDを自己無撞着に統合することにより新たに開発した。統合数値装置には統合プラズマモデリングパッケージFASTRAN/IPSを採用した。ペデスタル構造を有する目標圧力分布を、そのピーキング、ペデスタル高さおよび幅を変えて第一段階として調査した。安定平衡の形成は、Grad–Shafranov方程式を解き線形MHD安定性を調べることにより評価した。潜在的に安定な平衡の場合には、安定平衡の圧力分布を再現するために、パワーバランスと外部電流駆動の整合の両方を考慮して必要な外部加熱分布を計算した。電子/イオン温度とポロイダル磁束の時間発展を、導出された加熱構成を用いて解き、定常状態シナリオを見つけ、自己無撞着なプラズマ分布を達成した。自己無撞着な目標定常状態の圧力および電流分布パラメータを、設計した系統的アルゴリズムにより、核融合出力PF = 2070 MW、核融合利得Q = 19.7、規格化ベータβN = 2.8（トロイダル磁場BT = 7.4 T、プラズマ電流IP = 15.5 MA）として提案した。核融合出力PF = 3000 MW運転の実現可能性も、強化された密度および温度限界の仮定の下で調査した。