Future fusion reactors will rely on a significant fraction of self-heating by fusion born alpha particles coming from the DT plasma fuel mix. Understanding alpha particle generation and confinement is therefore critical and, in anticipation of ITER, should be subject to thorough research. Experimentally, however, no current large device can operate with DT fuel and therefore alternative schemes for alpha particle generation come into play. Since DT operation is not foreseen in the scientific exploitation of JT-60SA, a fusion scheme relying on 3He seeding and highly energetic 500 keV neutral beam is proposed similarly to what has been used in other devices such as JET although in there the original ∼100 keV scale beam ions were further accelerated using RF waves. In this work we investigate the generation and confinement of alpha particles stemming from this 3He + NBI scheme, taking the forthcoming OP2 and future hybrid scenarios as reference plasmas. We will show that owing to the high-energy N-NBI system on JT-60SA, significantly higher values of alpha/neutron production rates can be achieved when considering similarly scoped experiments on JET while using significantly lower 3He concentrations. Loss power and particle rates will also be discussed and optimised alpha birth rates shown for specific variants performed on the hybrid scenario where plasma density, position and temperature were varied at constant plasma current and magnetic field.
将来の核融合炉は、DTプラズマ燃料混合に由来する核融合生成アルファ粒子による自己加熱のかなりの割合に依存するであろう。したがって、アルファ粒子の生成と閉じ込めの理解は極めて重要であり、ITERを見据えて、徹底的な研究の対象とされるべきである。しかし実験的には、現在の大型装置はいずれもDT燃料で運転できず、そのためアルファ粒子生成の代替スキームが関与してくる。JT-60SAの科学的利用ではDT運転は想定されていないため、3Heシーディングと高エネルギーの500 keV中性粒子ビームに依存する核融合スキームが提案されており、これはJETなどの他の装置で使用されてきたものと同様である。ただしJETでは、元の∼100 keV規模のビームイオンはRF波を用いてさらに加速された。本研究では、この3He + NBIスキームに由来するアルファ粒子の生成と閉じ込めを、今後のOP2および将来のハイブリッドシナリオを参照プラズマとして調査する。JT-60SAの高エネルギーN-NBIシステムにより、JETでの同様の規模の実験を考慮した場合と比較して、有意に低い3He濃度を使用しながら、有意に高いアルファ/中性子生成率の値が達成できることを示す。損失電力と粒子損失率についても議論し、プラズマ電流と磁場を一定に保ったままプラズマ密度、位置、温度を変化させたハイブリッドシナリオの特定の変種に対して、最適化されたアルファ粒子発生率を示す。