Inspired by the respective advantages of tokamaks and stellarators, we propose a quasi-axisymmetric (QA) tokamak-stellarator hybrid concept as a steady-state operation mode of standard tokamaks. Using stellarator optimization tools, we obtain compact 3D equilibria with good QA and sufficient (∼20%) rotational transform generated by external coils to replace current drive, with the rest (∼80%) generated self-consistently by the bootstrap current. The equilibria can be supported by 3D saddle coils that are compatible with typical tokamak coils and reasonably feasible from engineering perspectives. We consider and compare designs with either high-field-side or low-field-side shaping, and find that the latter is favorable for coil optimization but unfavorable for generating rotational transform and achieving good QA. These results highlight a relatively unexplored region in the space of toroidal fusion configurations.
トカマクとステラレータのそれぞれの利点に着想を得て、我々は標準トカマクの定常運転モードとして、準軸対称（QA）トカマク・ステラレータハイブリッド概念を提案する。ステラレータ最適化ツールを用いて、良好なQAと、電流駆動を代替するために外部コイルによって生成される十分な（∼20%）回転変換を備えたコンパクトな3次元平衡を得る。残り（∼80%）はブートストラップ電流によって自己無撞着に生成される。この平衡は、典型的なトカマクコイルと互換性があり、工学的観点から合理的に実現可能な3次元サドルコイルによって支持され得る。我々は、高磁場側または低磁場側のシェイピングによる設計を考察・比較し、後者はコイル最適化には有利であるが、回転変換の生成と良好なQAの達成には不利であることを見いだす。これらの結果は、トロイダル核融合配位の空間における比較的未開拓の領域を浮き彫りにする。