Negative triangularity (NT) has received renewed interest as a fusion reactor regime due to its beneficial power-handling properties, including low scrape-off layer power and a larger divertor wetted area that facilitates simple divertor integration. NT experiments have also demonstrated core performance on par with positive triangularity (PT) high confinement mode (H-mode) without edge-localized modes (ELMs), encouraging further study of an NT reactor core. In this work, we use integrated modeling to scope the operating space around two NT reactor strategies. The first is the high-field, compact fusion pilot plant concept Modular, Adjustable, NT ARC (MANTA) (The MANTA Collaboration et al 2024 Plasma Phys. Control. Fusion66 105006) and the second is a low field, high aspect ratio concept based on work by Medvedev et al (Medvedev et al 2015 Nucl. Fusion55 063013). By integrating equilibrium, core transport, and edge ballooning instability models, we establish a range of operating points with less than 50 MW scrape-off layer power and fusion power comparable to PT H-mode reactor concepts. Heating and seeded impurities are leveraged to accomplish the same fusion performance and scrape-off layer exhaust power for various pressure edge boundary conditions. Scans over these pressure edge conditions accommodate any current uncertainty of the properties of the NT edge and show that the performance of an NT reactor will be extremely dependent on the edge pressure. The high-field case is found to enable lower scrape-off layer power because it is capable of reaching high fusion powers at a relatively compact size, which allows increased separatrix density without exceeding the Greenwald density limit. Adjustments in NT shaping exhibit small changes in fusion power, with an increase in fusion power density seen at weaker NT. Infinite-n ballooning instability models indicate that an NT reactor core can reach fusion powers comparable to leading PT H-mode reactor concepts while remaining ballooning-stable. Seeded krypton is leveraged to further lower scrape-off layer power since NT does not have a requirement to remain in H-mode while still maintaining high confinement. We contextualize the NT reactor operating space by comparing to popular PT H-mode reactor concepts, and find that NT exhibits competitive ELM-free performance with these concepts for a variety of edge conditions while maintaining relatively low scrape-off layer power.
負三角形度(NT)は、スクレイプオフ層パワーが低く、より大きなダイバータ濡れ面積が単純なダイバータ統合を容易にするなど、有益な出力処理特性を持つため、核融合炉方式として再び注目されている。NT実験はまた、周辺局在モード(ELM)を伴わずに、正三角形度(PT)高閉じ込めモード(Hモード)に並ぶコア性能を実証しており、NT炉心のさらなる研究を促進している。本研究では、統合モデリングを用いて、2つのNT炉戦略の周りの運転空間を評価する。1つ目は、高磁場・コンパクト核融合パイロットプラント概念であるModular, Adjustable, NT ARC (MANTA) (The MANTA Collaboration et al 2024 Plasma Phys. Control. Fusion66 105006)であり、2つ目はMedvedevらの研究(Medvedev et al 2015 Nucl. Fusion55 063013)に基づく低磁場・高アスペクト比概念である。平衡、コア輸送、および周辺バルーニング不安定性モデルを統合することにより、50 MW未満のスクレイプオフ層パワーと、PT Hモード炉概念に匹敵する核融合パワーを持つ一連の運転点を確立する。加熱とシード不純物を利用して、様々な圧力周辺境界条件に対して同じ核融合性能とスクレイプオフ層排気パワーを達成する。これらの圧力周辺条件にわたる走査は、NT周辺部の特性に関する現在の不確実性を吸収し、NT炉の性能が周辺圧力に極めて依存することを示す。高磁場ケースは、比較的コンパクトなサイズで高い核融合パワーに達することができるため、より低いスクレイプオフ層パワーを可能にし、グリーンワルド密度限界を超えずにセパラトリクス密度を増加させることができることが見いだされる。NT形状の調整は核融合パワーの小さな変化を示し、より弱いNTでは核融合パワー密度の増加が見られる。無限大nバルーニング不安定性モデルは、NT炉心がバルーニング安定を保ちながら、主要なPT Hモード炉概念に匹敵する核融合パワーに達することができることを示す。シードされたクリプトンは、NTが高い閉じ込めを維持しながらHモードに留まる要件がないため、スクレイプオフ層パワーをさらに下げるために利用される。我々は、NT炉の運転空間を一般的なPT Hモード炉概念と比較して位置づけ、NTが様々な周辺条件に対して、比較的低いスクレイプオフ層パワーを維持しながら、これらの概念と競合するELMフリー性能を示すことを見いだす。