Climate change and rapidly rising energy demand, driven in part by artificial intelligence and data-centre growth, create an urgent need for stable, low-carbon, and abundant power. Fusion is a promising long-term solution, yet its commercialisation faces a fundamental paradox in today’s investment environment: pilot plants are essential to de-risk physics, engineering, and operations, but their limited lifetime energy output and high upfront costs make them difficult to finance. This paper presents Tokamak Energy’s response: ST-E1, a pre-concept design for a low-aspect-ratio tokamak power plant engineered specifically to overcome this challenge. ST-E1 is designed from the outset for phased operation—pilot and commercial phases, with an upgrade phase in between—with emphasis on commercial viability, maintainability, nuclear engineering, modularity, and upgradability. A key design principle is the deliberate separation of long-lived assets, such as the magnet cage and vacuum vessel, from replaceable in-vessel systems. This provides an attractive and credible investment approach to generate operational data and de-risk key technologies while preserving most capital-intensive assets for later commercial phases. The architecture supports continuous optimisation toward high net electric power (targeting 800–1000 MW net electric), a normalised capital expenditure of $ 12–14k/kW of net electric power, and high availability (targeting ). A tokamak core with a 5 m major radius, aspect ratio of 2.3, and on-plasma axis toroidal field of 5.25 T was selected to meet these objectives. This paper summarises the ST-E1 design philosophy, principal features, and development methodology. It introduces a Focus Collection of 11 papers detailing the pre-concept design of the entire tokamak and corresponding plant.
気候変動と、人工知能およびデータセンターの成長によって一部もたらされる急速に増大するエネルギー需要は、安定した低炭素で豊富な電力への緊急の必要性を生み出している。核融合は有望な長期的解決策であるが、その商業化は今日の投資環境において根本的なパラドックスに直面している。すなわち、パイロットプラントは物理、工学、および運転のリスクを低減するために不可欠であるが、その限られた生涯エネルギー出力と高い初期費用のために資金調達が困難である。本稿は、Tokamak Energyの対応策であるST-E1を提示する。ST-E1は、この課題を克服するために特別に設計された低アスペクト比トカマク発電所のプレコンセプト設計である。ST-E1は、当初から段階的な運転（パイロット段階と商業段階、その間にアップグレード段階）向けに設計されており、商業的実現可能性、保守性、原子力工学、モジュール性、およびアップグレード可能性に重点を置いている。重要な設計原則は、磁石ケージや真空容器などの長期使用資産と、交換可能な炉内システムとの意図的な分離である。これにより、運転データを生成し、主要技術のリスクを低減しながら、最も資本集約的な資産の大部分を後の商業段階のために保持する、魅力的で信頼性のある投資アプローチが提供される。このアーキテクチャは、高い正味電気出力（正味電気出力800～1000 MWを目標）、正味電気出力1kWあたり$12–14kの正規化資本支出、および高い稼働率（目標 ）に向けた継続的な最適化を支援する。これらの目標を達成するために、主半径5 m、アスペクト比2.3、プラズマ軸上トロイダル磁場5.25 Tのトカマク炉心が選定された。本稿は、ST-E1の設計思想、主要な特徴、および開発方法論を要約する。また、トカマク全体および対応するプラントのプレコンセプト設計を詳述する11本の論文からなるFocus Collectionを紹介する。