Owing to the complexity of the exact calculation,synchrotron losses are usually estimated in system studies, with expressionsderived from a plasma description using simplifying assumptions on thegeometry, radiation absorption, and density and temperature profiles. In thepresent article, a complete formulation of the transport of synchrotronradiation is performed for realistic conditions of toroidal plasma geometrywith elongated cross-section, using a quasi-exact method for the calculationof the absorption coefficients, and for arbitrary shapes of density andtemperature profiles. The effects of toroidicity and temperature profile onsynchrotron radiation losses are analysed in detail. In particular, when theelectron temperature profile is almost flat in the plasma centre as, forexample, in internal transport barrier confinement regimes, synchrotron losses are found to be muchstronger than in the case where the profile is represented by its bestgeneralized parabolic approximation, though both cases give approximately thesame thermal energy content. Such an effect is not included in presently usedapproximate expressions. As an illustration, it is shown that in the case of anadvanced high temperature plasma envisaged for a steady state commercialreactor, synchrotron losses represent approximately 20% of the total losses,so that this term becomes significant in the power balance of such a plasma.Finally, the authors propose a seven variable fit for the fast calculation ofsynchrotron radiation losses. This fit is derived from a large database whichhas been generated using a code implementing the complete formulation, and isoptimized for massively parallel computing.
正確な計算の複雑さのため、シンクロトロン損失は通常、システム研究において、幾何学的形状、放射線吸収、密度・温度分布に関する簡略化した仮定を用いたプラズマ記述から導出された式で推定される。本論文では、トロイダルプラズマの非円形断面という現実的な条件下で、シンクロトロン放射の輸送を完全に定式化し、吸収係数の準厳密な計算法を用いて、密度・温度分布の任意の形状に対して適用する。トロイダル性と温度分布がシンクロトロン損失に及ぼす影響を詳細に解析する。特に、内部輸送障壁閉じ込め領域などで見られるように、プラズマ中心部の電子温度分布がほぼ平坦な場合、シンクロトロン損失は、温度分布を最適な一般化放物線近似で表した場合よりもはるかに大きくなることが分かった。ただし、両方の分布がほぼ同じ熱エネルギー含有量を持つ場合でも同様である。このような効果は、現在使用されている近似式には含まれていない。例として、定常商用炉で想定される先進高温プラズマの場合、シンクロトロン損失は全損失の約20%を占め、この項がパワーバランスにおいて重要となることを示す。最後に、シンクロトロン放射損失の高速計算のための7変数フィッティング式を提案する。このフィッティング式は、完全な定式化を実装したコードを用いて生成された大規模データベースから導出され、大規模並列計算に最適化されている。