Fusion reactor fuel cycles based on the D–3He and D–D reactions have been advocated as alternatives to deuterium and tritium (D–T). In this paper we make a careful assessment of the feasibility of burning these alternative fuels in a fusion reactor. A zero-dimensional model of the energy balance including radial profile effects for plasma temperature and density with accurate algorithms for synchrotron and bremsstrahlung radiation losses is used to calculate the required plasma conditions. Radiation losses and other factors severely restrict the choice of fuel mixtures that can be brought to ignition—and even under the most favourable assumptions, ignition requires plasma conditions in terms of energy confinement time, density, temperature and beta that are significantly more demanding than the conditions required to burn D–T. These requirements are far beyond the best conditions that have been reached in any present-day magnetic confinement experiments. A very serious issue is the stringent limit on the maximum concentrations of impurities and helium ash that can be tolerated. We consider the extent to which neutrons are reduced and briefly discuss the prospects for direct conversion. Finally we look at the serious problem of supplying 3He fuel in sufficient quantities to sustain a worldwide fusion energy programme and discuss the limitations of lunar sources and the difficulties of manufacturing 3He from D–D.
D–3He反応およびD–D反応に基づく核融合炉燃料サイクルは、重水素とトリチウム（D–T）の代替として提唱されてきた。本論文では、これらの代替燃料を核融合炉で燃焼させることの実現可能性を慎重に評価する。プラズマ温度と密度の径方向プロファイル効果を含むゼロ次元エネルギー収支モデルと、シンクロトロン放射損失および制動放射損失のための高精度アルゴリズムを用いて、必要なプラズマ条件を計算する。放射損失およびその他の要因により、点火に到達可能な燃料混合物は厳しく制限される——最も好都合な仮定の下でも、点火にはエネルギー閉じ込め時間、密度、温度、ベータ値に関して、D–T燃焼に必要な条件よりもはるかに厳しいプラズマ条件が要求される。これらの要求は、現在のいかなる磁場閉じ込め実験において達成された最良の条件をもはるかに超えている。極めて深刻な問題は、許容される不純物およびヘリウム灰の最大濃度に対する厳しい制限である。我々は中性子がどの程度低減されるかを考察し、直接変換の見通しについて簡潔に議論する。最後に、世界規模の核融合エネルギープログラムを持続させるために十分な量の3He燃料を供給するという深刻な問題について検討し、月面資源の限界とD–D反応からの3He製造の困難さについて議論する。