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Overview of C-2W: high temperature, steady-state beam-driven field-reversed configuration plasmas

H. Gota, M.W. Binderbauer, T. Tajima, A. Smirnov, S. Putvinski, M. Tuszewski, S.A. Dettrick, D.K. Gupta, S. Korepanov, R.M. Magee2021年被引用 29Nuclear FusionIF 3出版社

TAE Technologies, Inc. (TAE) is pursuing an alternative approach to magnetically confined fusion, which relies on field-reversed configuration (FRC) plasmas composed of mostly energetic and well-confined particles by means of a state-of-the-art tunable energy neutral-beam (NB) injector system. TAE's current experimental device, C-2W (also called 'Norman'), is the world's largest compact-toroid device and has made significant progress in FRC performance, producing record breaking, high temperature (electron temperature, Te > 500 eV; total electron and ion temperature, Ttot > 3 keV) advanced beam-driven FRC plasmas, dominated by injected fast particles and sustained in steady-state for up to 30 ms, which is limited by NB pulse duration. C-2W produces significantly better FRC performance than the preceding C-2U experiment, in part due to Google's machine-learning framework for experimental optimization, which has contributed to the discovery of a new operational regime where novel settings for the formation section and the confinement region yield consistently reproducible, hot, and stable plasmas. An active plasma control system has been developed and utilized in C-2W to produce consistent FRC performance as well as for reliable machine operations using magnets, electrodes, gas injection, and tunable NBs. The active control system has demonstrated stabilization of FRC axial instability. Overall FRC performance is well correlated with NBs and edge-biasing system, where higher total plasma energy is obtained by increasing both NB injection power and applied-voltage on biasing electrodes. C-2W divertors have demonstrated a good electron heat confinement on open-field-lines using strong magnetic mirror fields as well as expanding the magnetic field in the divertors (expansion ratio > 30); the energy lost per electron ion pair, ηe ∼ 6–8, is achieved, which is close to the ideal theoretical minimum.

日本語訳

TAE Technologies, Inc.(TAE)は、磁場反転配位(FRC)プラズマを利用した磁気閉じ込め核融合への代替アプローチを追求しており、このプラズマは、最先端の調整可能なエネルギー中性粒子ビーム(NB)入射システムによって、主に高エネルギーで良好に閉じ込められた粒子から構成されている。TAEの現在の実験装置であるC-2W(「ノーマン」とも呼ばれる)は、世界最大のコンパクトトロイド装置であり、FRC性能において大きな進歩を遂げており、記録破りの高温(電子温度、Te > 500 eV;全電子・イオン温度、Ttot > 3 keV)の先進的なビーム駆動FRCプラズマを生成している。このプラズマは、入射された高速粒子によって支配され、NBパルス時間によって制限される最大30 msの間、定常状態で維持される。C-2Wは、先行するC-2U実験よりも大幅に優れたFRC性能を生み出しており、その一因はGoogleの実験最適化のための機械学習フレームワークであり、これは、形成セクションと閉じ込め領域の新しい設定が一貫して再現可能で高温かつ安定したプラズマをもたらす新しい運転領域の発見に貢献した。能動プラズマ制御システムがC-2Wで開発・利用され、一貫したFRC性能の生成と、磁石、電極、ガス入射、および調整可能なNBを用いた信頼性の高い機械運転に貢献している。能動制御システムは、FRC軸方向不安定性の安定化を実証した。全体的なFRC性能はNBとエッジバイアスシステムとよく相関しており、NB入射電力とバイアス電極への印加電圧の両方を増加させることで、より高い全プラズマエネルギーが得られる。C-2Wのダイバータは、強力な磁気ミラー磁場とダイバータ内の磁場の拡張(膨張比 > 30)を用いて、開放磁力線上での良好な電子熱閉じ込めを実証しており、電子イオン対あたりのエネルギー損失ηe ∼ 6–8が達成され、これは理想的な理論的最小値に近い。

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Steady stateField-Reversed Configuration
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