The application of a novel but practical technique for central fuelling of reactor-grade tokamak plasmas by compact torus (CT) plasma rings driven by a coaxial accelerator is examined. It is emphasized that this is the only advanced method of controlled and localized deep penetration fuelling which can be developed in the near term and which is already applied in a currently operating experimental system. Assessment of the dynamics of the CT as it traverses the plasma requires quantification of several interrelated constraints, including ring decay, tilting, field line reconnection, deceleration in the external field gradient and ring expansion/contraction. A self-consistent, radial zoning scheme is employed to model the transport of the CT to the desired plasma deposition point. It is demonstrated that the injection velocity requirements are usually dominated by CT tilting and reconnection with the external toroidal field of the tokamak. The implications for CT fuel transport around the reconnection point are then examined. The application of this formalism to the TIBER Engineering Test Reactor permits the parameterization of fuelling requirements in terms of injection velocity, fuel mass, penetration distance, CT dimensions and repetition rate. The hardware implications for near-term applications are also assessed.
炉級トカマクプラズマの中心燃料供給のための、同軸加速器によって駆動されるコンパクトトーラス(CT)プラズマリングによる新規かつ実用的な手法の適用について検討する。これは、近い将来に開発可能であり、かつ現在稼働中の実験システムにおいてすでに適用されている、制御された局所的な深部侵入燃料供給の唯一の先進的手法であることが強調される。プラズマを横断する際のCTの動力学の評価には、リングの減衰、傾斜、磁力線リコネクション、外部磁場勾配での減速、リングの膨張・収縮など、相互に関連するいくつかの制約の定量化が必要である。自己無撞着な動径方向ゾーニング法を用いて、所望のプラズマ堆積点へのCTの輸送をモデル化する。注入速度の要件は、通常、CTの傾斜とトカマクの外部トロイダル磁場とのリコネクションによって支配されることが実証される。次に、リコネクション点周辺でのCT燃料輸送への影響を検討する。この形式主義のTIBER工学試験炉への適用により、注入速度、燃料質量、侵入距離、CT寸法、繰り返し率の観点から燃料供給要件のパラメータ化が可能になる。近い将来の応用に向けたハードウェアへの影響も評価される。