Compact optimized stellarators offer novel solutions for confining high-β plasmas and developing magnetic confinement fusion. The three-dimensional plasma shape can be designed to enhance the magnetohydrodynamic (MHD) stability without feedback or nearby conducting structures and provide drift-orbit confinement similar to tokamaks. These configurations offer the possibility of combining the steady-state low-recirculating power, external control, and disruption resilience of previous stellarators with the low aspect ratio, high β limit, and good confinement of advanced tokamaks. Quasi-axisymmetric equilibria have been developed for the proposed National Compact Stellarator Experiment (NCSX) with average aspect ratio 4-4.4 and average elongation ~1.8. Even with bootstrap-current consistent profiles, they are passively stable to the ballooning, kink, vertical, Mercier, and neoclassical-tearing modes for β > 4%, without the need for external feedback or conducting walls. The bootstrap current generates only 1/4 of the magnetic rotational transform at β = 4% (the rest is from the coils); thus the equilibrium is much less non-linear and is more controllable than similar advanced tokamaks. The enhanced stability is a result of `reversed' global shear, the spatial distribution of local shear, and the large fraction of externally generated transform. Transport simulations show adequate fast-ion confinement and thermal neoclassical transport similar to equivalent tokamaks. Modular coils have been designed which reproduce the physics properties, provide good flux surfaces, and allow flexible variation of the plasma shape to control the predicted MHD stability and transport properties.
コンパクトな最適化ステラレーターは、高βプラズマを閉じ込め、磁気核融合を発展させるための新規な解決策を提供する。三次元プラズマ形状は、外部フィードバックや近接導体構造を必要とせずに磁気流体力学（MHD）安定性を向上させ、かつトカマクと同様のドリフト軌道閉じ込めを実現するように設計できる。これらの構成は、従来のステラレーターの定常運転・低再循環電力・外部制御性・ディスラプション耐性と、先進トカマクの低アスペクト比・高β限界・優れた閉じ込めを組み合わせる可能性を提供する。提案された国立コンパクトステラレーター実験装置（NCSX）用に、平均アスペクト比4〜4.4、平均伸長比約1.8の準軸対称平衡が開発された。ブートストラップ電流と整合したプロファイルであっても、β > 4%においてバルーニングモード、キンクモード、バーティカルモード、メルシエモード、新古典テアリングモードに対して受動的に安定であり、外部フィードバックや導体壁を必要としない。ブートストラップ電流はβ = 4%において磁気回転変換のわずか1/4しか生成しない（残りはコイルによるものである）。したがって、この平衡は同様の先進トカマクよりも非線形性がはるかに小さく、制御が容易である。向上した安定性は、「反転」した全体シア、局所シアの空間分布、および外部生成された回転変換の大きな割合に起因する。輸送シミュレーションは、同等のトカマクと同様の十分な高速粒子閉じ込めと熱的新古典輸送を示している。予測されたMHD安定性と輸送特性を制御するために、物理特性を再現し、良好な磁束面を提供し、プラズマ形状の柔軟な変動を可能にするモジュールコイルが設計された。