AbstractThe next major frontier in magnetic fusion physics is to explore and understand the strong non-linear coupling among confinement, MHD stability, self-heating, edge physics and wave-particle interactions that is fundamental to fusion plasma behavior. The Fusion Ignition Research Experiment (FIRE) design study has been undertaken to define the lowest cost facility to attain, explore, understand and optimize magnetically confined fusion-dominated plasmas. FIRE is envisioned as an extension of the existing advanced tokamak (AT) program that could lead to an attractive magnetic fusion reactor. FIRE activities have focused on the physics and engineering assessment of a compact, high-field tokamak with the capability of achieving Q≈10 in the Elmy H-mode for a duration of ∼1.5 plasma current redistribution times (skin times) during an initial burning plasma science phase, and the flexibility to add AT hardware (e.g. lower hybrid current drive) later. The configuration chosen for FIRE is similar to that of ARIES-RS, the US Fusion Power Plant study utilizing an AT reactor. The key ‘AT’ features are: strong plasma shaping, double null pumping divertors, low toroidal field (TF) ripple (<0.3%), internal control coils and space for wall stabilization capabilities. The reference design point is Ro=2.14 m, a=0.595 m, Bt(Ro)=10 T, Ip=7.7 MA with a flat top time of 20 s for 150 MW of fusion power. The baseline magnetic fields and pulse lengths can be provided by wedged BeCu/OFHC TF coils and OFHC poloidal field (PF) coils that are pre-cooled to 80 K prior to the pulse and allowed to warm up to 373 K at the end of the pulse. A longer term goal of FIRE is to explore AT regimes sustained by non-inductive current drive (e.g. lower hybrid current drive) at high fusion gain (Q>5) for a duration of one to three current redistribution times.
要約磁気核融合物理学における次の主要なフロンティアは、閉じ込め、MHD安定性、自己加熱、周辺物理、波動-粒子相互作用の間の強い非線形結合を探求し理解することであり、これは核融合プラズマ挙動の基礎となるものである。核融合点火研究実験（FIRE）設計研究は、磁気閉じ込め核融合支配プラズマを達成し、探求し、理解し、最適化するための最低コストの施設を定義するために着手された。FIREは、魅力的な磁気核融合炉につながる可能性のある既存の先進トカマク（AT）計画の拡張として構想されている。FIREの活動は、初期の燃焼プラズマ科学段階において、ELMy HモードでQ≈10を約1.5回のプラズマ電流再分布時間（表皮時間）にわたって達成する能力を持ち、後にATハードウェア（例えば、低域混成波電流駆動）を追加する柔軟性を備えた、コンパクトで高磁場のトカマクの物理および工学的評価に焦点を当ててきた。FIREに選定された構成は、AT炉を利用した米国核融合発電所研究であるARIES-RSの構成に類似している。主要な「AT」特徴は以下の通りである：強いプラズマ成形、ダブルヌル排気ダイバータ、低トロイダル磁場（TF）リップル（<0.3%）、内部制御コイル、および壁安定化能力のためのスペース。参照設計点は、Ro=2.14 m、a=0.595 m、Bt(Ro)=10 T、Ip=7.7 MAであり、150 MWの核融合出力に対して20秒のフラットトップ時間を有する。基準となる磁場とパルス長は、パルス前に80 Kに予冷され、パルス終了時に373 Kまで昇温を許容する、くさび型BeCu/OFHC TFコイルおよびOFHCポロイダル磁場（PF）コイルによって提供できる。FIREのより長期的な目標は、高い核融合利得（Q>5）で、1〜3回の電流再分布時間の期間にわたり、非誘導電流駆動（例えば、低域混成波電流駆動）によって維持されるAT領域を探求することである。