The ion velocity distributions of tokamak plasmas sustained by injected fast atomic beams fall into three categories, according to the partial pressure of the energetic-ion population, which in turn is determined by the plasma nτE, the injection energy, and the fraction of plasma fuelling performed by the beams. There are correspondingly three regimes of beam-driven reactor operation in D-T or D-D: thermonuclear; beam-target or TCT; and plasmas with ion pressure/electron pressure ≫ 1. This review treats the physical basis and plasma engineering parameters of beam-driven tokamak reactors. The theories of energetic-ion velocity distributions, stability, injection, and orbits are summarized. The many-faceted role of the energetic ions in plasma heating, fuelling, and current maintenance, as well as in the direct enhancement of fusion power multiplication and power density, is discussed in detail for the three reactor types. The relevant implications of recent experimental results from several beam-injected tokamaks are examined. The behaviour of energetic ions is found to be in accordance with classical theory, large total ion energy densities are readily achieved, and plasma equilibrium and gross stability are preserved. The status of neutral-beam injectors and of conceptual design studies of beam-driven reactors is reviewed briefly. The principal plasma-engineering problems are those associated directly with achieving quasi-stationary operation, particularly the problem of high-throughput particle exhaust. An especially attractive feature of beam-driven tokamak plasmas is their capability for useful application in devices of relatively small size.
トカマクプラズマのイオン速度分布は、注入された高速原子ビームによって維持され、高エネルギーイオン集団の分圧に応じて三つのカテゴリーに分類される。この分圧は、プラズマのnτE、注入エネルギー、およびビームによるプラズマ燃料供給の割合によって決定される。これに対応して、ビーム駆動型炉の運転には三つの領域が存在する：D-TまたはD-Dにおける熱核融合、ビーム標的融合（TCT）、およびイオン圧力と電子圧力の比が1を大きく超えるプラズマである。本総説は、ビーム駆動型トカマク炉の物理的基盤とプラズマ工学パラメータを扱う。高エネルギーイオンの速度分布、安定性、注入、および軌道に関する理論を要約する。高エネルギーイオンがプラズマ加熱、燃料供給、電流維持において果たす多面的な役割、ならびに核融合出力増倍率と出力密度の直接的な向上における役割について、三つの炉型それぞれについて詳述する。複数のビーム入射トカマクからの最近の実験結果の関連する意義を検討する。高エネルギーイオンの挙動は古典理論と一致し、大きな全イオンエネルギー密度が容易に達成され、プラズマ平衡と巨視的安定性が維持されることが見出された。中性ビーム入射装置とビーム駆動型炉の概念設計研究の現状を簡潔に概説する。主要なプラズマ工学的課題は、準定常運転の達成に直接関連するものであり、特に高スループットの粒子排気の問題である。ビーム駆動型トカマクプラズマの特に魅力的な特徴は、比較的小型の装置において有用な応用が可能なことである。