AbstractThe TITAN reversed-field-pinch (RFP) fusion-reactor study has two objectives: to determine the technical feasibility and key developmental issues for an RFP fusion reactor operating at high power density: and to determine the potential economic (cost of electricity), operational (maintenance and availability), safety and environmental features of high mass-power-density fusion-reactor systems. Mass power density (MPD) is defined as the ratio of net electric output to the mass of the fusion power core (FPC). The FPC includes the plasma chamber, first wall, blanket, shield, magnets, and related structure.Two different detailed designs TITAN-I and TITAN-II, have been produced to demonstrate the possibility of multiple engineering-design approaches to high-MPD reactors. TITAN-I is a self-cooled lithium design with a vanadium-alloy structure. TITAN-II is a self-cooled aqueous loop-in-pool design with 9-C ferritic steel as the structural material. Both designs use RFP plasmas operating with essentially the same parameters. Both conceptual reactors are based on the DT fuel cycle, have a net electric output of about 1000 MWe, are compact, and have a high MPD of 800 kWe per tonne of FPC. The inherent physical characteristics of the RFP confinement concept make possible compact fusion reactors with such a high MPD. The TITAN designs would meet the U.S. criteria for the near-surface disposal of radioactive waste (Class C, IOCFR61) and would achieve a high Level of Safety Assurance with respect to FPC damage by decay afterheat and radioactivity release caused by accidents. Very importantly, a “single-piece” FPC maintenance procedure has been worked out and appears feasible for both designs.Parametric system studies have been used to find cost-optimized designs. to determine the parametric design window associated with each approach, and to assess the sensitivity of the designs to a wide range of physics and engineering requirements and assumptions. The design window for such compact RFP reactors would include machines with neutron wall loadings in the range of 10–20 MW/m2 with a shallow minimum COE at about 18 MW/m2. Even though operation at the lower end of the this range of wall loading (10–12 MW/m2) is possible, and may be preferable, the TITAN study adopted the design point at the upper end (18 MW/m2) in order to quantify and assess the technical feasibility and physics limits for such high-MPD reactors. From this work, key physics and engineering issues central to achieving reactors with the features of TITAN-I and TITAN-II have emerged.
TITAN反転磁場ピンチ（RFP）核融合炉研究には2つの目的がある：高電力密度で運転するRFP核融合炉の技術的実現性と主要な開発課題を明らかにすること、および高質量電力密度の核融合炉システムの潜在的経済性（発電コスト）、運転性（保守性と稼働率）、安全性、環境特性を明らかにすることである。質量電力密度（MPD）は、正味電気出力と核融合炉心（FPC）の質量の比として定義される。FPCには、プラズマ容器、第一壁、ブランケット、遮蔽体、磁石、および関連構造物が含まれる。高MPD炉への複数の工学的設計アプローチの可能性を示すため、2つの異なる詳細設計、TITAN-IおよびTITAN-IIが作成された。TITAN-Iはバナジウム合金構造を備えた自己冷却液体リチウム設計であり、TITAN-IIは9-Cフェライト鋼を構造材料とする自己冷却水ループ・プール型設計である。両設計とも本質的に同一のパラメータを持つRFPプラズマを使用する。両概念炉ともDT燃料サイクルに基づき、正味電気出力は約1000 MWe、コンパクトであり、FPC1トン当たり800 kWeという高いMPDを有する。RFP閉じ込め概念の固有の物理的特性により、このような高いMPDを持つコンパクト核融合炉が可能となる。TITAN設計は、米国の放射性廃棄物の地表近く処分に関する基準（クラスC、IOCFR61）を満たし、崩壊熱によるFPC損傷および事故による放射能放出に関して高い安全性保証レベルを達成するであろう。極めて重要なこととして、「単一ピース」FPC保守手順が考案され、両設計に対して実現可能であると思われる。パラメトリックシステム研究は、コスト最適化設計を見出すために用いられてきた。各アプローチに関連するパラメトリック設計ウィンドウを決定し、広範囲の物理学的および工学的要件と仮定に対する設計の感度を評価するために用いられてきた。このようなコンパクトRFP炉の設計ウィンドウには、約18 MW/m2で浅い最小発電コスト（COE）を持つ、10〜20 MW/m2の範囲の中性子壁負荷の機械が含まれるであろう。この壁負荷範囲の下限（10〜12 MW/m2）での運転も可能であり、おそらく望ましいかもしれないが、TITAN研究では、このような高MPD炉の技術的実現性と物理的限界を定量化し評価するために、上限（18 MW/m2）の設計点を採用した。この研究から、TITAN-IおよびTITAN-IIの特徴を備えた炉を実現するために中心となる主要な物理学的および工学的課題が明らかになった。