The impact of the design parameters on the cost of electricity (COE) is studied through a parameter survey in order to minimize the COE. Three kinds of operating modes are considered; first stability (FS), second stability (SS) and reversed shear (RS). The COE is calculated by a coupled physics-engineering-cost computer system code. Deuterium-tritium type, 1000 MW(e) at electric bus bar, steady state tokamak reactors with aspect ratios A from 3 to 4.5 are assumed. Several criteria are used for the parameter survey; for example, (a) the thermal to electrical conversion efficiency is assumed to be 34.5% using water as a coolant; (b) the average neutron wall load must not exceed 5 MW/m2 for plasma major radius Rp > 5 m; (c) a 2 MeV neutral beam injector (NBI) is applied. It is found that the RS operating mode most minimizes the COE among the three operating modes by reducing the cost of the current drive and the coils and structures. The cost-minimized RS reactor can attain high fbs, high βN and low q95 at the same time, which results in a short Rp of 5.1 m, a low Bmax of the maximum magnetic toroidal field (TF) of the TF coils of 13 T and a low A of 3.0. It can be concluded that this cost-minimized RS reactor is the most cost-minimized within the frameworks of this study. This cost-minimized RS reactor has two advantages: one is that a Bmax = 13 T TF coil can be made by use of ITER coil technology and the other is that the same cooling technology as that of ITER (water cooling) can be used.
発電コスト(COE)を最小化するために、設計パラメータがCOEに及ぼす影響をパラメータ調査を通じて研究する。3つの運転モード、すなわち第一安定性(FS)、第二安定性(SS)、反転シア(RS)を考慮する。COEは、物理・工学・コスト連成計算機システムコードによって計算される。重水素-トリチウム型、母線出力1000 MW(e)、アスペクト比Aが3から4.5の定常トカマク炉を仮定する。パラメータ調査にはいくつかの基準が用いられる。例えば、(a)熱電気変換効率は、冷却材として水を用いて34.5%と仮定する。(b)平均中性子壁負荷は、プラズマ主半径Rp > 5 mの場合、5 MW/m2を超えてはならない。(c)2 MeVの中性粒子ビーム入射装置(NBI)を適用する。3つの運転モードの中で、RS運転モードが、電流駆動のコストとコイル及び構造物のコストを低減することにより、COEを最も最小化することが分かった。コスト最小化されたRS炉は、高いfbs、高いβN、低いq95を同時に達成でき、その結果、短いRp(5.1 m)、TFコイルの最大トロイダル磁場Bmaxの低さ(13 T)、低いA(3.0)をもたらす。このコスト最小化RS炉は、本研究の枠組み内で最もコスト最小化されていると結論付けることができる。このコスト最小化RS炉には2つの利点がある。1つは、Bmax = 13 TのTFコイルがITERコイル技術を用いて製造可能であること、もう1つは、ITERと同じ冷却技術(水冷)を使用できることである。