A spherical tokamak (ST) with an internal transport barrier (ITB) has the potential to be an ideal fusion power reactor because it not only offers high β performance and blanket replaceability, but also enables self-sustaining operation through a high bootstrap (BS) current. This paper investigates the downsizing of an ST using high-temperature superconductors (HTSs) and ITB. Plasma parameters are evaluated using a set of plasma burning equations, including the BS current equation and time-dependent 0D energy and particle balance equations, assuming that the energy confinement time is given by HH multiplied by the IPB98y2 scaling law. In reactors using Nb3Sn magnets, the minimum achievable size is determined by the β limit due to the lower maximum magnetic field. In contrast, HTS reactors can operate at higher magnetic fields, providing a greater margin for β, so the minimum size is determined by confinement conditions such as the HH factor, impurity concentration, and α power density. As a case study, we present a conceptual design for an HTS-based ST reactor named JUST-3 (R= 2.9 m, A = 1.7, Bt = 2.6 T, IBS = 17.6 MA, Pf = 1 GW).
内部輸送障壁（ITB）を有する球状トカマク（ST）は、高いβ性能とブランケット交換性を提供するだけでなく、高いブートストラップ（BS）電流による自立的運転を可能にするため、理想的な核融合発電炉となる可能性を秘めている。本論文では、高温超伝導体（HTS）とITBを用いたSTの小型化について調査する。プラズマパラメータは、エネルギー閉じ込め時間がHHにIPB98y2スケーリング則を掛けたものによって与えられると仮定して、BS電流方程式と時間依存0Dエネルギー・粒子バランス方程式を含む一連のプラズマ燃焼方程式を用いて評価される。Nb3Sn磁石を用いた炉では、達成可能な最小サイズは、最大磁場が低いことによるβ限界によって決まる。対照的に、HTS炉はより高い磁場で運転できるため、βに対する余裕が大きくなり、最小サイズはHH因子、不純物濃度、αパワー密度などの閉じ込め条件によって決まる。ケーススタディとして、JUST-3（R=2.9 m、A=1.7、Bt=2.6 T、IBS=17.6 MA、Pf=1 GW）というHTSベースのST炉の概念設計を提示する。