The National Spherical Torus Experiment Upgrade (NSTX-U) is preparing to resume operation, representing a crucial step toward realizing compact, cost-effective fusion pilot plants. In advance of this, extensive modeling and data analysis have been conducted to advance the physics basis for low-aspect-ratio, high-performance plasma regimes, focusing on three core objectives: confinement and stability, power and particle handling, and steady-state operation. Significant progress has been made in understanding the electron temperature flattening in high-β plasmas, which is shown to be driven by a complex interplay of magnetohydrodynamic instabilities (e.g. non-resonant infernal modes), fast-ion-driven Alfvén eigenmodes, and electron and ion-scale micro-instabilities, particularly Kinetic Ballooning Modes (KBMs), whose destabilization is strongly dependent on parallel magnetic field fluctuations (). Furthermore, a new gyrokinetic critical pedestal model was developed, accurately predicting pedestal structure by identifying KBMs as the primary stability limit, offering a critical constraint for future high-confinement scenarios. To address the challenge of high heat flux, novel liquid lithium plasma-facing components were modeled. The analysis confirmed that lithium vapor shielding is a self-regulating mechanism for heat mitigation, while also emphasizing that strong main ion parallel flow is essential to minimize core lithium contamination. Finally, progress toward steady-state operation was anchored by developing the required physics basis and control tools. This includes predictive modeling for reversed magnetic shear sustainment, demonstrating that magnetic island-induced bootstrap current reduction is negligible in STs, and advancing real-time control and disruption avoidance capabilities. The development of high-speed surrogate models (e.g. MMMNet) provides computationally efficient tools vital for non-inductive scenario optimization and integrated, low-disruptivity operations planned for NSTX-U.
国立球状トーラス実験アップグレード（NSTX-U）は運転再開に向けて準備を進めており、これはコンパクトで費用対効果の高い核融合パイロットプラントを実現するための重要な一歩である。これに先立ち、低アスペクト比・高性能プラズマ領域の物理基盤を進展させるために、広範なモデリングとデータ解析が実施され、閉じ込めと安定性、出力および粒子処理、定常運転という3つの中核目標に焦点が当てられた。高βプラズマにおける電子温度平坦化の理解においては、磁気流体力学的不安定性（例：非共鳴インフェルナルモード）、高速イオン駆動アルヴェン固有モード、および電子・イオンスケールの微視的不安定性、特に運動学的バルーニングモード（KBM）の複雑な相互作用によって駆動されることが示され、大きな進展があった。KBMの不安定化は、平行磁場揺動（）に強く依存することが明らかにされている。さらに、新しいジャイロ運動論的臨界ペデスタルモデルが開発され、KBMを主要な安定性限界として特定することでペデスタル構造を正確に予測し、将来の高閉じ込めシナリオにとって重要な制約条件を提供する。高熱流束の課題に対処するため、新規の液体リチウムプラズマ対向機器がモデル化された。解析により、リチウム蒸気遮蔽が熱緩和の自己制御機構であることが確認されるとともに、コアへのリチウム汚染を最小化するためには、強い主イオン平行流が不可欠であることが強調された。最後に、定常運転への進展は、必要な物理基盤と制御ツールの開発によって支えられた。これには、逆磁気シア持続のための予測モデリングが含まれ、磁気島誘起ブートストラップ電流低減はSTでは無視できることが実証され、リアルタイム制御およびディスラプション回避能力が前進した。高速サロゲートモデル（例：MMMNet）の開発は、NSTX-Uで計画されている非誘導シナリオ最適化および統合的・低ディスラプション運転に不可欠な計算効率の高いツールを提供する。