Fusion power density Pf is a critical parameter for certain fusion reactor applications such as fissile breeding. This paper considers the optimal plasma conditions for maximizing Pf in a beam-driven D-T tokamak reactor. Given Te=Ti and fixed total plasma pressure, there is an optimal neτE for maximizing Pf, i.e. neτE = 4 × 1012 to 2 × 1013 cm−3 · s for Te = 3 – 15 keV and 200-keV D beams. The corresponding = (beam pressure/bulk-plasma pressure) is 0.96 to 0.70. Pfmax increases as Te is reduced and can be an order of magnitude larger than the maximum Pf of a thermal reactor of the same beta, at any temperature. A lower practical limit to Te may be set by requiring a minimum beam power multiplication Qb. For the purpose of fissile breeding, the minimum Qb ∼ 0.8, requiring Te⪆ 4 keV if Z = 1.The optimal operating conditions for obtaining Pfmax in a beam-driven reactor are considerably different from those for enhancing Qb. Maximizing Pf requires restricting both Te and neτE, maintaining a bulk plasma markedly enriched in tritium, and spoiling confinement of fusion alphas. Provided that beam penetration is satisfactory, considerable impurity content can be tolerated without seriously degrading Pfmax.
核融合出力密度Pfは、核分裂性物質の増殖などの特定の核融合炉応用にとって重要なパラメータである。本論文では、ビーム駆動D-Tトカマク炉においてPfを最大化するための最適なプラズマ条件を考察する。Te=Tiかつ全圧力が固定されている場合、Pfを最大化する最適なneτEが存在し、すなわちTe=3〜15 keVかつ200-keV Dビームに対してneτE=4×10^12〜2×10^13 cm^-3・sである。対応する=(ビーム圧力/バルクプラズマ圧力)は0.96〜0.70である。PfmaxはTeが低下するにつれて増大し、同じベータ値を持つ熱核炉の最大Pfよりも任意の温度で一桁大きくなり得る。Teの実用的な下限は、最小ビーム出力増倍率Qbを要求することによって設定され得る。核分裂性物質の増殖の目的では、最小Qb≒0.8であり、Z=1の場合Te≧4 keVが必要となる。ビーム駆動炉においてPfmaxを得るための最適動作条件は、Qbを向上させるための条件とはかなり異なる。Pfを最大化するには、TeとneτEの両方を制限し、バルクプラズマを著しく三重水素濃縮状態に維持し、核融合アルファ粒子の閉じ込めを劣化させる必要がある。ビームの浸透が十分であれば、かなりの不純物含有量があってもPfmaxを深刻に劣化させることなく許容され得る。