A new ARC-class, highly-radiative, pulsed, L-mode, burning plasma scenario is developed and evaluated as a candidate for future tokamak reactors. Pulsed inductive operation alleviates the stringent current drive requirements of steady-state reactors, and operation in L-mode affords ELM-free access to core radiation fractions, significantly reducing the divertor power handling requirements. In this configuration the fusion power density can be maximized despite L-mode confinement by utilizing high-field to increase plasma densities and current. This allows us to obtain high gain in robust scenarios in compact devices with Pfus > 1000 MW despite low confinement. We demonstrate the feasibility of such scenarios here; first by showing that they avoid violating 0D tokamak limits, and then by performing self-consistent integrated simulations of flattop operation including neoclassical and turbulent transport, magnetic equilibrium, and radiofrequency current drive models. Finally we examine the potential effect of introducing negative triangularity with a 0D model. Our results show high-field radiative pulsed L-mode scenarios are a promising alternative to the typical steady state advanced tokamak scenarios which have dominated tokamak reactor development.
新しいARC級の高放射パルスLモード燃焼プラズマシナリオを開発し、将来のトカマク炉の候補として評価する。パルス誘導運転は定常炉の厳しい電流駆動要件を緩和し、Lモード運転はELMフリーのコア放射割合へのアクセスを可能にし、ダイバータの電力処理要件を大幅に低減する。この構成では、高磁場を利用してプラズマ密度と電流を増加させることで、Lモード閉じ込めにもかかわらず核融合出力密度を最大化できる。これにより、低閉じ込めにもかかわらず、Pfus > 1000 MWのコンパクト装置において堅牢なシナリオで高い増倍率を得ることが可能となる。ここでは、まず0Dトカマク限界に違反しないことを示し、次に新古典輸送および乱流輸送、磁気平衡、高周波電流駆動モデルを含むフラットトップ運転の自己無撞着統合シミュレーションを実行することにより、そのようなシナリオの実現可能性を実証する。最後に、0Dモデルを用いて負三角形度の導入の潜在的効果を検討する。我々の結果は、高磁場放射パルスLモードシナリオが、トカマク炉開発を支配してきた典型的な定常先進トカマクシナリオに代わる有望な選択肢であることを示している。