The steady-state operating conditions and stability against temperature-density excursions are evaluated for tokamaks operating in the reactor regime on a D-T cycle. Global ion and alpha-particle balances and global ion and electron energy balances, together with MHD equilibrium and stability constraints, constitute the basic computational model. Constant, neoclassical, neoclassical-diffusion and trapped-ion instability scaling for particle and energy confinement times are considered.Steady-state operating conditions tend to be unstable below about 30 keV for constant confinement time scaling, assuming equal particle and energy confinement times. These low-temperature conditions are somewhat more unstable with neoclassical scaling and somewhat less unstable with trapped-ion instability scaling. The unstable modes, at low temperatures, are identified as pure temperature fluctuations for constant and neoclassical diffusion scaling, but as mixed temperature density fluctuations for trapped ion instability scaling. At higher temperatures, the least stable mode is a pure density fluctuation, for all confinement time scaling laws considered.Increasing the particle confinement time relative to the energy confinement time causes a build-up of alpha particles, with attendant bremsstrahlung enhancement, and a reduction in stability against temperature-density excursions.
トカマク型核融合炉の定常運転条件と温度-密度変動に対する安定性を、D-Tサイクルを用いた炉心プラズマ運転領域について評価する。イオンとアルファ粒子の全体バランス、およびイオンと電子の全体エネルギー収支に、MHD平衡と安定性の制約を組み合わせたものが基本計算モデルを構成する。粒子閉じ込め時間とエネルギー閉じ込め時間については、定数則、新古典拡散則、捕捉粒子不安定性則の各スケーリング則を考慮する。粒子閉じ込め時間とエネルギー閉じ込め時間が等しいと仮定した場合、定数閉じ込めスケーリング則では約30 keV以下で定常運転条件は不安定となる傾向がある。これらの低温条件は、新古典スケーリング則ではやや不安定性が増し、捕捉粒子不安定性スケーリング則ではやや不安定性が減る。低温域での不安定モードは、定数則および新古典拡散則では純温度変動として同定されるが、捕捉粒子不安定性スケーリング則では温度-密度混合変動として同定される。高温域では、検討したすべての閉じ込め時間スケーリング則において、最も安定性の低いモードは純密度変動となる。粒子閉じ込め時間をエネルギー閉じ込め時間に対して相対的に増加させると、アルファ粒子の蓄積が生じ、それに伴う制動放射の増強と、温度-密度変動に対する安定性の低下が引き起こされる。