We present first-principles numerical calculations of the depolarization rate of spin-polarized deuterium and tritium nuclei in realistic tokamak plasmas, driven by resonant interactions with plasma waves. Backed up by first-of-a-kind linear and nonlinear simulations, we find that alpha particle-driven Alfvénic modes cause only negligible depolarization, which is contrary to expectations in prior literature. Other Alfvénic instabilities can in principle degrade polarization, but only under conditions unlikely to be realized on transport timescales. By combining full-orbit particle tracing with a dedicated depolarization solver, we demonstrate that wave-driven depolarization is surprisingly weak in SPARC and ITER-scale devices. These results provide strong evidence that spin-polarized fuel can maintain its polarization long enough to boost fusion reactivity, opening a viable path toward substantially enhanced performance in magnetic confinement fusion power plants.
我々は、プラズマ波との共鳴相互作用によって駆動される、現実的なトカマクプラズマ中のスピン偏極重水素核およびトリチウム核の脱分極率について、第一原理数値計算を提示する。初の線形および非線形シミュレーションによって裏付けられ、我々は、アルファ粒子駆動のアルフヴェン型モードが、従来の文献における予想に反して、無視できる程度の脱分極しか引き起こさないことを見いだす。他のアルフヴェン型不安定性は原理的には偏極を劣化させ得るが、それは輸送時間スケールでは実現されそうにない条件下に限られる。フルオービット粒子追跡と専用の脱分極ソルバーを組み合わせることにより、我々は、波動駆動の脱分極がSPARCおよびITER規模の装置において驚くほど弱いことを実証する。これらの結果は、スピン偏極燃料が核融合反応率を高めるのに十分な長さにわたってその偏極を維持できるという強力な証拠を提供し、磁場閉じ込め核融合発電所における大幅な性能向上への実行可能な道を開くものである。