This report presents an initial analysis of the fast ion confinement and losses within quasi-axisymmetric stellarator equilibria in consideration by Thea Energy. The equilibria have not yet been explicitly optimized for fast particle confinement and require validation. Modeling with the ASCOT5 code is used to directly examine the fast ion transport. The particle tracking simulations are purely (neo)classical in nature and simply contain the supplied equilibrium and collisions (pitch-angle, energy slowing, and velocity diffusion) from supplied thermal profiles. Uniform marker deposition is used to probe the general confinement properties of the equilibria while a realistic beam-born population is provided from the BEAMS3D code and an alpha particle population is calculated from a fusion source integrator. A first wall is included and defines the loss boundary. Analysis for NBI ions within Thea Energy's conceptual Eos neutron source are presented along with alpha particles in an enlarged DT-plasma. The fast ions are assessed in regards to their confinement time, pitch, energy, and spatial coordinates. For each population, the impact of collisions and orbit drifts are discussed. It is found that NBI born ions in Eos are strongly confined until slowing-down, owing largely to the tangential injection geometry, while 22% of DT-born alpha energy is lost in the scaled device, indicating that any fusion pilot plant design optimization should include metrics for fast ion confinement.
本報告書は、Thea Energy が検討中の準軸対称ステラレーター平衡における高速イオン閉じ込めと損失の初期解析を示す。この平衡は、高速粒子閉じ込めに関してまだ明示的に最適化されておらず、検証が必要である。ASCOT5コードを用いたモデリングにより、高速イオン輸送を直接調べる。粒子追跡シミュレーションは純粋に(新)古典的性質を持ち、提供された平衡と、提供された熱分布からの衝突(ピッチ角、エネルギー減速、速度拡散)のみを含む。一様マーカー配置は平衡の一般的な閉じ込め特性を調べるために用いられる一方、現実的なビーム生成集団はBEAMS3Dコードから提供され、アルファ粒子集団は核融合源積分器から計算される。第一壁が含まれ、損失境界を定義する。Thea Energy の概念設計であるEos中性子源内のNBIイオンの解析と、拡大されたDTプラズマ中のアルファ粒子の解析が提示される。高速イオンは、その閉じ込め時間、ピッチ、エネルギー、空間座標に関して評価される。各集団について、衝突と軌道ドリフトの影響が議論される。Eos内のNBI生成イオンは、主に接線入射形状により、減速されるまで強く閉じ込められる一方、拡大された装置ではDT生成アルファ粒子エネルギーの22%が失われることが分かった。これは、あらゆる核融合パイロットプラント設計最適化が高速イオン閉じ込めの指標を含むべきであることを示している。