To be economically competitive, spherical tokamak (ST) power plant designs require a high β (plasma pressure/magnetic pressure) and sufficiently low turbulent transport to enable steady-state operation. A novel approach to tokamak optimisation is for the plasma to have negative triangularity, with experimental results indicating this reduces transport. However, negative triangularity is known to close access to the 'second stability' region for ballooning modes, and thus impose a hard β limit. Second stability access is particularly important in ST power plant design, and this raises the question as to whether negative triangularity is feasible. A linear gyrokinetic study of three hypothetical high β ST equilibria is performed, with similar size and fusion power in the range 500–800 MW. By closing the second stability window, the negative triangularity case becomes strongly unstable to long-wavelength kinetic ballooning modes (KBMs) across the plasma, likely driving unacceptably high transport. By contrast, positive triangularity can completely avoid the ideal ballooning unstable region whilst having reactor-relevant β, provided the on-axis safety factor is sufficiently high. Nevertheless, the dominant instability at long wavelength still appears to be the KBM, though it could be stabilised by flow shear.
経済的競争力を実現するためには、球状トカマク（ST）発電所設計において、高いβ（プラズマ圧力／磁気圧力）と、定常運転を可能にする十分に低い輸送が要求される。トカマク最適化への新たなアプローチとして、プラズマが負の三角形度を持つことが挙げられ、実験結果はこれが輸送を低減することを示している。しかしながら、負の三角形度はバルーニングモードに対する「第二安定性」領域へのアクセスを閉ざすことが知られており、したがって厳しいβ限界を課すことになる。第二安定性へのアクセスはST発電所設計において特に重要であり、負の三角形度が実現可能であるかどうかという疑問が生じる。同程度のサイズと500〜800 MWの範囲の核融合出力を持つ3つの仮想的な高β ST平衡に対する線形ジャイロ運動論的解析が実施された。第二安定性ウィンドウを閉じることにより、負の三角形度のケースは、プラズマ全体にわたって長波長の運動論的バルーニングモード（KBM）に対して強く不安定となり、許容できないほど高い輸送を駆動する可能性が高い。対照的に、正の三角形度は、軸上の安全係数が十分に高い場合、炉心関連のβを維持しつつ、理想バルーニング不安定領域を完全に回避することができる。それにもかかわらず、長波長における支配的な不安定性は依然としてKBMであると思われるが、流れのシアによって安定化される可能性がある。