To achieve its performance goals, SPARC plans to operate in equilibrium configurations with a strong elongation of , which in turn will destabilize the n = 0 vertical instability. However, SPARC also features a relatively thick conducting wall that is designed to withstand disruption forces, leading to lower vertical instability growth rates than usually encountered. In this work, we use the TokSyS framework to survey families of accessible shapes near the SPARC baseline configuration, finding maximum growth rates in the range of s−1. The addition of steel vertical stability plates has only a modest () effect on reducing the vertical growth rate and almost no effect on the plasma controllability when the full vertical stability system is taken into account, providing flexibility in the plate conductivity in the SPARC design. Analysis of the maximum controllable displacement on SPARC is used to inform the power supply voltage and current limit requirements needed to control an initial vertical displacement of 5% of the minor radius. From the expected spectra of plasma disturbances and diagnostic noise, requirements for filter latency and vertical stability coil heating tolerances are also obtained. Small modifications to the outboard limiter location are suggested to allow for an unmitigated vertical disturbance as large as 5% of the minor radius without allowing the plasma to become limited. Further, investigations with the 3D COMSOL code reveal that strategic inclusion of insulating structures within the VSC supports are needed to maintain sufficient magnetic response. The workflows presented here help to establish a model for the integrated predictive design for future devices by coupling engineering decisions with physics needs.
その性能目標を達成するため、SPARCは の強い伸長度を持つ平衡配位での運転を計画しており、これによりn = 0垂直不安定性が不安定化する。しかし、SPARCはまた、ディスラプション力に耐えるように設計された比較的厚い導電性壁を特徴としており、その結果、通常遭遇するよりも低い垂直不安定性成長率が得られる。本研究では、TokSySフレームワークを用いてSPARCベースライン配位近傍の到達可能な形状のファミリーを調査し、最大成長率は s−1 の範囲にあることを見いだした。鋼製垂直安定化プレートの追加は、垂直成長率の低減に対してわずかな () 効果しかなく、完全な垂直安定化システムを考慮した場合、プラズマの制御性にはほとんど効果がなく、SPARC設計におけるプレート導電率に柔軟性をもたらす。SPARCにおける最大制御可能変位の解析は、小半径の5%の初期垂直変位を制御するために必要な電源電圧と電流制限要件を知らせるために用いられる。プラズマ擾乱と診断ノイズの予想スペクトルから、フィルタ遅延と垂直安定化コイル加熱許容値の要件も得られる。アウトボードリミター位置の小さな変更は、プラズマがリミターに接触することなく、小半径の5%もの大きさの緩和されない垂直擾乱を許容するために提案される。さらに、3D COMSOLコードを用いた調査により、十分な磁気応答を維持するためには、VSCサポート内に絶縁構造を戦略的に組み込むことが必要であることが明らかになった。ここで提示されたワークフローは、工学的決定と物理的ニーズを結び付けることにより、将来の装置のための統合予測設計のモデルを確立するのに役立つ。