垂直稳定性控制对SPARC托卡马克的影响

为了实现其性能目标，SPARC计划在具有强拉长比$\kappa_\mathrm{areal}\sim1.75$的平衡位形下运行，这会破坏$n=0$垂直不稳定性的稳定性。然而，SPARC还具有相对较厚的导电壁，旨在承受破裂力，导致垂直不稳定性增长率低于通常遇到的情况。在这项工作中，我们使用TokSyS框架调查了SPARC基线位形附近的可达形状族，发现最大增长率在$\gamma\lesssim100\,$s$^{-1}$范围内。添加钢制垂直稳定板对降低垂直增长率只有适度（约25%）的影响，并且在考虑完整垂直稳定系统时对等离子体可控性几乎没有影响，这为SPARC设计中板电导率提供了灵活性。对SPARC上最大可控位移的分析用于确定控制初始垂直位移（小半径的5%）所需的电源电压和电流限制要求。根据等离子体扰动和诊断噪声的预期频谱，还获得了滤波器延迟和垂直稳定线圈加热容限的要求。建议对限制器外边界位置进行微小修改，以允许未缓解的垂直扰动达到小半径的5%，而不会使等离子体受到限制。此外，使用3D COMSOL代码的研究表明，需要在VSC支撑件内策略性地包含绝缘结构，以维持足够的磁响应。这里介绍的工作流程通过将工程决策与物理需求相结合，有助于为未来装置的集成预测设计建立模型。