SPARC 托卡马克中负三角性平衡的可行性研究
等离子体物理
2026-03-03 v1
摘要
我们研究了负三角性（NT）等离子体配置在SPARC托卡马克中的可行性，该装置为高场装置（最高可达12.2 T），设计用于正三角性（PT）运行。使用FreeGS自由边界平衡求解器，我们系统地通过600多次平衡计算探索参数空间，涵盖三角性(-0.7至0.7)和凹长度(1.0至2.1)，同时遵守SPARC线圈电流限制和首壁约束，选取8 T工作点。我们发现，在8 T下，具有适度负三角性双空腔等离子体（delta = -0.35, kappa = 1.68）可实现 plasma电流为2.1 MA。然而，NT运行需要相对于基线PT设计减少43%的等离子体体积（从20.0至11.4立方米），由于 vessel walls针对PT优化导致；且由于与PT优化的分离器几何不匹配，连接长度缩短40%。在NT配置下，中心solenoid电流需求降低54%，尽管特定成形线圈（PF3）需要电流提高5.5倍。所有平衡条件均满足基本MHD稳定性准则且具有舒适的裕度。因此，尽管相对于基线设计性能受损，但这些结果表明SPARC作为高场实验装置，正在构建性桥接当代NT实验与所提议的NT反应堆概念，能够在SPARC提供的反应堆相关条件下测试NT的运行优势（无ELM运行、良好的杂质输运）是否持续。
引用
@article{arxiv.2603.01208,
title = {Feasibility of Negative Triangularity Equilibria in the SPARC Tokamak},
author = {Narin Yüksek and Theodore Golfinopoulos},
journal= {arXiv preprint arXiv:2603.01208},
year = {2026}
}