The attractiveness of future commercial tokamak reactors is sensitive to the attainable plasma performance, notably plasma energy confinement and allowable beta. The impact of varying levels of confinement and beta on the size and cost of the resulting tokamak reactor is systematically quantified. Several different classes of tokamak reactors are considered, and designs are optimized in terms of cost of electricity (COE) via a coupled physics/engineering/costing systems code. Surprisingly narrow ranges of plasma confinement and beta are found to be simultaneously useful in minimizing the reactor COE, i.e. improvement in only one of these quantities is not useful beyond some point without accompanying improvements in the other. For steady state, current driven reactors characterized by H mode confinement (where τE=HτE,L; τE,L being the confinement time predicted by the ITER.89 L mode scaling, and H ~ 2), the maximum useful Troyon β coefficient (βN) is only ~ 4.3%.mT/MA. These confinement levels are similar to those observed in present day experiments. If slightly better confinement is achievable (i.e. an enhancement factor over L mode of H ~ 2.5), the maximum useful Troyon coefficient increases to βN ~ 6 and the reactor COE decreases by 20%. Inductively driven, pulsed reactors have somewhat increased useful ranges of confinement relative to the steady state cases. In general, increasing the allowable beta over presently accepted limits offers the single biggest improvement in reactor attractiveness of the tokamak concept
将来の商業用トカマク炉の魅力は、達成可能なプラズマ性能、特にプラズマ閉じ込めと許容ベータ値に左右される。閉じ込めとベータ値の様々なレベルの影響が、結果として得られるトカマク炉の規模とコストに及ぼす影響を系統的に定量化した。異なるクラスのトカマク炉を複数検討し、結合された物理・工学・コスト計算コードを用いて、電気コスト（COE）の観点から設計を最適化した。炉のCOEを最小化する上で、プラズマ閉じ込めとベータ値の範囲が驚くほど狭いことが判明した。すなわち、これらの量の一方のみを改善しても、他方の改善が伴わない限り、ある点を超えると有効ではない。定常運転、電流駆動型炉において、Hモード閉じ込め（ここでτE=HτE,Lであり、τE,LはITER.89 Lモードスケーリング則による閉じ込め時間、H≒2）を特徴とする場合、最大有効ベータ係数（βN）はわずか約4.3％・mT/MAである。これらの閉じ込めレベルは、現在の実験で観測されるものと類似している。わずかに優れた閉じ込め（すなわち、Lモードからの改善係数H≒2.5）が達成可能であれば、最大有効βNは約6％・mT/MAに増加し、炉のCOEは約20％減少する。パルス運転の電流駆動型炉は、定常運転の場合と比較して、有効な閉じ込めの範囲がやや広い。一般に、許容ベータ値の限界を現在の値よりも引き上げることが、トカマク概念の魅力を高める上で単独で最大の改善策である。