The possible use of tokamaks for thermonuclear power plants is discussed, in particular tokamaks with low aspect ratio and copper toroidal field coils. Three approaches are presented. First, the existing literature is reviewed and summarized. Second, using simple analytic estimates, the size of the smallest tokamak to produce an ignited plasma is derived. This steady state energy balance analysis is then extended to determine the smallest tokamak power plant, by including the power required to drive the toroidal field and by considering two extremes of plasma current drive efficiency. Third, the analytic results are augmented by a numerical calculation that permits arbitrary plasma current drive efficiency and different confinement scaling relationships. Throughout, the importance of various restrictions is emphasized, in particular plasma current drive efficiency, plasma confinement, plasma safety factor, plasma elongation, plasma beta, neutron wall loading, blanket availability and recirculation of electric power. The latest published reactor studies show little advantage in using low aspect ratios to obtain a more compact device (and a low cost of electricity) unless either remarkably high efficiency plasma current drive and low safety factor are combined, or unless confinement (the H factor), the permissible elongation and the permissible neutron wall loading increase as the aspect ratio is reduced. These results are reproduced with the analytic model
トカマクの核融合発電所への利用可能性が議論される。特に、低アスペクト比で銅製トロイダル磁場コイルを備えたトカマクについてである。三つのアプローチが提示される。第一に、既存の文献がレビューされ、要約される。第二に、単純な解析的推定を用いて、点火プラズマを生成するための最小のトカマクのサイズが導出される。この定常状態のエネルギー収支解析は、トロイダル磁場を駆動するために必要な電力を含め、プラズマ電流駆動効率の二つの極端な場合を考慮することによって、最小のトカマク発電所を決定するように拡張される。第三に、解析的結果は、任意のプラズマ電流駆動効率と異なる閉じ込めスケーリング則を許容する数値計算によって補強される。全体を通して、様々な制約の重要性が強調される。特に、プラズマ電流駆動効率、プラズマ閉じ込め、プラズマ安全係数、プラズマ伸長度、プラズマベータ値、中性子壁負荷、ブランケット、そして電力の再循環である。最新の発表された炉設計研究は、低アスペクト比を用いてよりコンパクトな装置(および低い発電コスト)を得ることにはほとんど利点がないことを示している。ただし、著しく高い効率のプラズマ電流駆動と低い安全係数が組み合わされるか、または閉じ込め(H因子)、許容される伸長度、および許容される中性子壁負荷がアスペクト比の減少に伴って増加する場合を除く。これらの結果は解析モデルによって再現される。