The Spherical Tokamak for Energy Production (STEP) programme is focused on designing and building a prototype fusion power plant that will generate approximately 1.5–1.8 GW of deuterium-tritium fusion power. To achieve this, the α-particles generated through fusion must be adequately confined to maintain the necessary high temperature in the core of the plasma and to protect the wall from excessive damage. Microwaves will be used for both external heating and current drive, making α-particles the only significant fast-ion species. The purpose of this work is to model the confinement of α-particles and the toroidal Alfvén eigenmodes (TAEs) driven by these particles in a variety of scenarios to help determine the best configuration. The scenarios examined here have been identified by the STEP team as potential flat-top operating configurations. We use LOCUST (Lorentz Orbit Code for Use in Stellerators and Tokamaks) to model the α-particle confinement and heat-load distribution on the wall, and HALO (HAgis LOcust) to model the TAEs. The results indicate that acceptable confinement in terms of power loading can be achieved in candidate flat-top operating points, but the results are sensitive to some of the system parameters. For example, a change in the phase difference between the upper and lower edge localised mode suppression coils can increase the maximum power load on the first wall due to α-particle losses by a factor of 10.
エネルギー生産のための球形トカマク（STEP）計画は、約1.5–1.8 GWの重水素-トリチウム核融合出力を生成する原型核融合発電所の設計と建設に焦点を当てている。これを達成するには、核融合によって生成されたα粒子が、プラズマの中心部の必要な高温を維持し、壁を過度の損傷から保護するために、適切に閉じ込められなければならない。マイクロ波は外部加熱と電流駆動の両方に使用されるため、α粒子が唯一の重要な高速イオン種となる。この研究の目的は、さまざまなシナリオにおいてα粒子の閉じ込めと、これらの粒子によって駆動されるトロイダルアルフヴェン固有モード（TAE）をモデル化し、最適な構成を決定するのに役立てることである。ここで検討するシナリオは、STEPチームによって潜在的なフラットトップ運転構成として特定されたものである。我々は、α粒子の閉じ込めと壁への熱負荷分布をモデル化するためにLOCUST（ステラレータおよびトカマクにおける使用のためのローレンツ軌道コード）を使用し、TAEをモデル化するためにHALO（HAgis LOcust）を使用する。結果は、電力負荷の観点から許容可能な閉じ込めが候補となるフラットトップ運転点で達成され得ることを示しているが、結果はシステムパラメータの一部に敏感である。例えば、上部と下部の周辺局在モード抑制コイル間の位相差を変更すると、α粒子損失による第一壁への最大電力負荷が10倍増加し得る。