The mission of the low aspect ratio spherical tokamak NSTX-U is to advance the physics basis and technical solutions required for optimizing the configuration of next-step steady-state tokamak fusion devices. NSTX-U will ultimately operate at up to 2 MA of plasma current and 1 T toroidal field on axis for 5 s, and has available up to 15 MW of neutral beam injection power at different tangency radii and 6 MW of high harmonic fast wave heating. With these capabilities NSTX-U will develop the physics understanding and control tools to ramp-up and sustain high performance fully non-inductive plasmas with large bootstrap fraction and enhanced confinement enabled via the low aspect ratio, high beta configuration. With its unique capabilities, NSTX-U research also supports ITER and other critical fusion development needs. Super-Alfvénic ions in beam-heated NSTX-U plasmas access energetic particle (EP) parameter space that is relevant for both α-heated conventional and low aspect ratio burning plasmas. NSTX-U can also generate very large target heat fluxes to test conventional and innovative plasma exhaust and plasma facing component solutions. This paper summarizes recent analysis, theory and modelling progress to advance the tokamak physics basis in the areas of macrostability and 3D fields, EP stability and fast ion transport, thermal transport and pedestal structure, boundary and plasma material interaction, RF heating, scenario optimization and real-time control.
低アスペクト比球状トカマクNSTX-Uの使命は、次世代定常核融合装置の配置を最適化するために必要な物理基盤と技術的解決策を前進させることである。NSTX-Uは最終的に、最大2 MAのプラズマ電流、1 Tのトロイダル磁場を軸上で5秒間維持し、異なるタンジェンシャル半径で最大15 MWの中性粒子ビーム入射と6 MWの高調波高速波加熱を利用可能とする。これらの能力により、NSTX-Uは、大きなブートストラップ電流割合と、低アスペクト比・高ベータ配置によって実現される強化された閉じ込めを備えた、高性能な完全非誘導プラズマの立ち上げと維持のための物理的理解と制御手法を発展させる。さらに、NSTX-Uの独自の能力により、その研究はITERやその他の重要な核融合開発のニーズも支援する。ビーム加熱されたNSTX-Uプラズマ中の超アルフヴェン速度イオンは、α粒子加熱された従来型および低アスペクト比燃焼プラズマの両方に関連する高エネルギー粒子（EP）パラメータ空間にアクセスする。NSTX-Uはまた、従来型および革新的なプラズマ排気・対向部品ソリューションを試験するための非常に大きなターゲット熱流束を生成することができる。本論文は、マクロ安定性と3D磁場構造、EP安定性と高速イオン輸送、熱輸送とペデスタル構造、境界プラズマとプラズマ・材料相互作用、RF加熱、シナリオ最適化、およびリアルタイム制御の各分野におけるトカマク物理基盤を前進させるための、最近の解析・モデリングの進展を要約するものである。