The paper discusses edge stability, beta limits and power handling issues for negative triangularity tokamaks. The edge magnetohydrodynamic stability is the most crucial item for power handling. For the case of negative triangularity the edge stability picture is quite different from that for conventional positive triangularity tokamaks: the second stability access is closed for localized Mercier/ballooning modes due to the absence of a magnetic well, and nearly internal kink modes set the pedestal height limit to be weakly sensitive to diamagnetic stabilization just above the margin of the localized mode Mercier criterion violation. While a negative triangularity tokamak is thought to have a low beta limit with its magnetic hill property, it is found that plasmas with reactor-relevant values of normalized beta βN > 3 can be stable to global kink modes without wall stabilization with appropriate core pressure profile optimization against localized mode stability, and also with increased magnetic shear in the outer half-radius. The beta limit is set by the n = 1 mode for the resulting flat pressure profile. The wall stabilization is very inefficient due to strong coupling between external and internal modes. The n > 1 modes are increasingly internal when approaching the localized mode limit, and set a lower beta in the case of the peaked pressure profile leading to a Mercier unstable core. With the theoretical predictions supported by experiments, a negative triangularity tokamak would become a prospective fusion energy system with other advantages including a larger separatrix wetted area, more flexible divertor configuration design, wider trapped particle-free scrape-off layer, lower background magnetic field for internal poloidal field coils, and larger pumping conductance from the divertor room.
本論文は、負三角形度トカマクにおける周辺安定性、ベータ限界、および出力処理の課題について論じる。周辺磁気流体力学安定性は、出力処理にとって最も重要な項目である。負三角形度の場合、周辺安定性の様相は従来の正三角形度トカマクのものとはかなり異なる：磁気井戸が存在しないため、局在Mercier/バルーニングモードに対する第二安定性へのアクセスは閉ざされており、ほぼ内部キンクモードが、局在モードのMercier判定基準違反の限界のすぐ上で、ペデスタル高さ限界を反磁性安定化に対して弱い感度に設定する。負三角形度トカマクは磁気ヒル特性により低いベータ限界を持つと考えられているが、局在モード安定性に対する適切なコア圧力分布の最適化と、外側半半径での磁気シアの増大により、規格化ベータβN > 3の炉心関連値を持つプらズマは、壁安定化なしでグローバルキンクモードに対して安定であり得ることが見出される。ベータ限界は、結果として得られる平たな圧力分布に対してn = 1モードによって設定される。壁安定化は、外部モードと内部モードの強い結合のため、非常に非効率的である。n > 1モードは、局在モード限界に近づくにつれでますます内部的になり、Mercier不安定なコアをもたらすピーク状圧力分布の場合には、より低いベータを設定する。理論