High temperature superconductors (HTSs) offer the promise of operating at higher magnetic field and temperature. Recently, the use of high field magnets (by adopting HTS) has been promoted by several groups around the world, including new start-up entries, both to substantially reduce the size of a fusion power reactor system and as a breakthrough innovation that could dramatically accelerate fusion power deployment. This paper describes the results of an assessment to understand the impact of using high field magnets in the design of DEMO in Europe, considering a comprehensive list of physics and engineering limitations together with the interdependencies with other important parameters. Based on the results, it is concluded that increasing the magnetic field does not lead to a reduction in device size with relevant nuclear performance requirements, because (i) large structures are needed to withstand the enormous electromagnetic forces, (ii) thick blanket and n-shield structures are needed to protect the coils from radiation damage effects, and (iii) new divertor solutions with performances well beyond today's concepts are needed. Stronger structural materials allow for more compact tokamaks, but do not change the conclusion that scalability is not favourable when increasing the magnetic field, beyond a certain point, the machine size cannot be further reduced. More advanced structural support concepts for high-field coils have been explored and concluded that these solutions are either unfeasible or provide only marginal size reduction, by far not sufficient to account for the potential of operating at very high field provided by HTS. Additionally, the cost of high field coils is significant at today's price levels and shows to scale roughly with the square of the field. Nevertheless, it is believed that even when not operated at high field and starting within conventional insulated coils, HTS can still offer certain benefits. These include the simplification of the magnet cooling scheme thanks to increased temperature margin (indirect conduction cooling). This in turn can greatly simplify coil construction and minimize high-voltage risks at the terminals.
高温超伝導体（HTS）は、より高い磁場と温度での動作の可能性を提供する。近年、（HTSを採用した）高磁場磁石の利用は、世界中のいくつかのグループ（新たなスタートアップ企業を含む）によって推進されており、核融合発電炉システムのサイズを大幅に削減することと、核融合発電の導入を飛躍的に加速させ得る画期的なイノベーションとしての両方の目的がある。本論文は、欧州におけるDEMOの設計において高磁場磁石を使用することの影響を理解するための評価結果を記述したものであり、物理学および工学的な制約の包括的なリストと、他の重要なパラメータとの相互依存性を考慮している。結果に基づき、関連する核性能要件を満たす場合、磁場を増加させても装置サイズの削減にはつながらないと結論される。その理由は、(i) 巨大な電磁力に耐えるための大型構造物が必要であること、(ii) 放射線損傷の影響からコイルを保護するための厚いブランケットおよび中性子遮蔽構造が必要であること、(iii) 今日の概念をはるかに超える性能を持つ新しいダイバータ解決策が必要であること、である。より強力な構造材料はよりコンパクトなトカマクを可能にするが、磁場を増加させたときにスケーラビリティが有利でないという結論は変わらず、ある点を超えると機械サイズはそれ以上縮小できない。高磁場コイルのためのより高度な構造支持概念も検討され、これらの解決策は実現不可能であるか、ごくわずかなサイズ削減しかもたらさず、HTSによって提供される非常に高い磁場で動作する可能性を説明するには到底十分ではないと結論された。さらに、高磁場コイルのコストは現在の価格水準では大きく、磁場の二乗にほぼ比例して増加することが示されている。それでもなお、高磁場で運転しない場合や従来の絶縁コイル内で始める場合でも、HTSは依然として特定の利点を提供できると考えられている。これには、温度マージンの増加による磁石冷却方式の簡素化（間接伝導冷却）が含まれる。これはひいては、コイル構造を大幅に簡素化し、端子部における高電圧リスクを最小限に抑えることができる。