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A simple model of current ramp-up and ramp-down in tokamaks

Richard Fitzpatrick2026年1月Nuclear FusionIF 3出版社

A simple model of the ramp-up and ramp-down of the toroidal current in a tokamak plasma is developed. Faraday’s law of electric induction is found to limit how rapidly the current can be safety ramped up or down. It is estimated that the minimum completely safe ramp-up/down times for the JET, SPARC, ITER, and DEMO tokamaks are 4.2, 2.0, 14.7, and 38.4 s, respectively. These estimates are obtained for ohmic ramp phases with relatively low flat-top temperatures. The JET ramp time is in accordance with operational experience. The SPARC, ITER, and DEMO minimum safe ramp times are less than the ramp times in the respective designs. Hence, there is no indication that the design ramp times are infeasible, as was recently suggested in Boozer (2025 arXiv:2507.05456v1). The typical ratios of the inductive electric field to the Connor–Hastie field in SPARC, ITER, and DEMO during current ramps are found to be less than those in JET. Thus, the fact that the JET tokamak was able to operate successfully without encountering runaway electron problems during current ramps suggests that the future SPARC, ITER, and DEMO tokamaks should also be able to avoid such problems.

装置

iter中精度(概要文一致)jet中精度(概要文一致)

wiki

Current ramp-up

AIによる論文要約

トカマクにおける電流の立ち上げと立ち下げの簡単なモデル
JAプラズマ物理や核融合工学に興味がある学生や研究者、特にトカマク運転や電流制御の安全性に関心のある方。#核融合 #トカマク #電流制御 #安全運転 #プラズマ物理
LLM向け: {"Title": "トカマクにおける電流ランプアップ・ランプダウンの簡単なモデル", "Authors": "不明", "Research Objective…

この論文では、トカマクプラズマのトロイダル電流の立ち上げと立ち下げの簡単なモデルを開発しました。ファラデーの電磁誘導の法則により、電流を安全に変化させる速度が制限されることがわかりました。JET、SPARC、ITER、DEMOの各トカマクの最小完全安全な立ち上げ/立ち下げ時間は、それぞれ4.2秒、2.0秒、14.7秒、38.4秒と推定されました。これらの推定値は、比較的低い平頂温度のオーミックランプフェーズで得られました。JETのランプ時間は運転経験と一致しています。SPARC、ITER、DEMOの安全ランプ時間は各設計のランプ時間より短く、設計が実現不可能ではないことを示しています。また、これらの装置でのランプ中の誘導電界とコナー・ヘイスティ電界の比はJETよりも小さく、JETがランプ中に暴走電子問題を起こさなかったことから、将来の装置でも問題を回避できると示唆しています。

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