The ongoing development of electromagnets based on high temperature superconductors has led to the conceptual exploration of high-magnetic-field fusion reactors of the tokamak type, operating at on-axis fields above 10 T. In this work we explore the consequences of the potential future availability of high-field three-dimensional electromagnets on the physics design point of a stellarator reactor. We find that, when an increase in the magnetic field strength B is used to maximally reduce the device linear size R ∼ B−4/3 (with otherwise fixed magnetic geometry), the physics design point is largely independent of the chosen field strength/device size. A similar degree of optimization is to be imposed on the magnetohydrodynamic, transport and fast ion confinement properties of the magnetic configuration of that family of reactor design points. Additionally, we show that the family shares an invariant operation map of fusion power output as a function of the auxiliary power and relative density variation. The effects of magnetic field over-engineering and the R(B) scaling of design points with constant neutron wall loading are also inspected. In this study we use geometric parameters characteristic of the helical axis advanced stellarator reactor, but most results apply to other stellarator configurations.
高温超伝導体に基づく電磁石の継続的な開発は、軸上磁場が10 Tを超えるトカマク型の高磁場核融合炉の概念的な探求につながっている。本研究では、高磁場三次元電磁石の将来の利用可能性がステラレーター炉の物理設計点に及ぼす影響を探求する。磁場強度Bの増加を用いて装置の線形サイズR ∼ B−4/3を最大限に縮小する場合（それ以外の磁気幾何学形状は固定）、物理設計点は選択された磁場強度／装置サイズにほぼ依存しないことを見出す。同程度の最適化は、その設計点群の磁気配位の磁気流体力学、輸送、および高速イオン閉じ込め特性にも課されるべきである。さらに、この群が核融合出力の補助電力と相対密度変動の関数としての不変な運転マップを共有することを示す。磁場の過剰設計の影響と、一定の中性子壁負荷における設計点のR(B)スケーリングも調査する。本研究では、ヘリカル軸先進ステラレーター炉に特徴的な幾何学パラメータを用いるが、ほとんどの結果は他のステラレーター配位にも適用される。