In this paper two important matters for assessments the D–T plasma performance of future tokamak–reactors such as ITER and EU–DEMO projects are discussed. The first issue is the heat removal via the radiation of intrinsic and seeded impurities. The second is the helium particle confinement and ash removal. To study these issues, a simple numerical 0.5D-model is proposed. The impurity radiation in the tokamak high–temperature plasma is described by the coronal model. Coronal radiative cooling used rates are based on the tabulated data published in the recent works. Helium particle confinement and ash exhaust efficiency are determined by the variable parameter ρ* characterizing the ratio between the global helium particle confinement time and the energy confinement time τE. Such approach allows simultaneously obtaining solutions of the particle and energy balance equations in steady–state conditions, taking account of the effect of impurity radiation loss and ash poisoning. Using known energy confinement scaling τE and design parameters of the ITER and EU–DEMO projects the particle and energy balance equations have been solved. For fixed values of impurities concentration and ratios ρ*, iso–curves of constant fusion power were obtained. These curves are similar to the well–known Plasma OPeration CONtours (POPCON). The POPCON curves are often used to study the operating points of tokamak–reactors. It is shown that for the ITER parameters there is a noticeable margin in the ratio ρ*. For the design parameters of the EU–DEMO project, the margin for ratio ρ* is very small, which casts doubt on the feasibility of the project in its current form (at least with regard to the EU–DEMO steady–state project). Further research in this area is required. The methods and results obtained in this paper can be used for further conceptual analysis of tokamak–reactors operating space.
本論文では、将来のトカマク型核融合炉（ITERやEU-DEMO計画など）におけるD-Tプラズマ性能評価のための2つの重要な事項について議論する。第一の課題は、内部不純物および外部注入不純物の放射による熱除去である。第二の課題は、ヘリウム粒子閉じ込めと灰除去である。これらの課題を研究するために、単純な数値0.5Dモデルを提案する。トカマク高温プラズマにおける不純物放射はコロナモデルによって記述される。コロナ放射冷却率は、最近の研究で発表された表データに基づいている。ヘリウム粒子閉じ込めと灰排気効率は、全球ヘリウム粒子閉じ込め時間とエネルギー閉じ込め時間の比を特徴付ける変数パラメータρ*によって決定される。このアプローチにより、定常状態における粒子バランス方程式とエネルギーバランス方程式の解を同時に得ることができ、不純物放射損失と灰中毒の影響を考慮することができる。既知のエネルギー閉じ込めスケーリング則τEとITERおよびEU-DEMO計画の設計パラメータを用いて、粒子バランス方程式とエネルギーバランス方程式を解いた。固定された不純物濃度と比ρ*の値に対して、一定核融合出力の等値曲線（アイソカーブ）が得られた。これらの曲線は、よく知られたプラズマ運転曲線（POPCON）に類似している。POPCON曲線は、トカマク型核融合炉の運転点を研究するためにしばしば使用される。ITERパラメータでは、比ρ*に顕著な余裕があることが示されている。EU-DEMO計画の設計パラメータでは、比ρ*の余裕は非常に小さく、これは現在の形態のプロジェクト（少なくともEU-DEMO定常状態計画に関して）の実現可能性に疑問を投げかけるものである。この分野におけるさらなる研究が必要である。本論文で得られた方法と結果は、トカマク型核融合炉の運転空間のさらなる概念解析に使用することができる。