通过等离子体成分与形状对类ARC托卡马克进行稳态、芯部及运行优化
等离子体物理
2026-08-10 v1
摘要
杂质成分、等离子体形状和台座密度均为调控聚变功率的强力杠杆。本文探讨了改变这些参数如何影响聚变功率，并寻求这些参数的最优解。这些变量的关键影响在于改变芯部湍流输运、燃料粒子密度、台座压力以及等离子体体积。观察到杂质增加引起的ITG稳定效应。所有这些参数对台座压力的依赖关系尤为复杂，因为它们对剥离模和气球模具有各自独立的影响，而两者均可限制台座。通过使用贝叶斯优化实现了对该多维运行空间的优化，所得运行点类似于ARC V3A，其聚变功率提高约30%，且聚变功率密度更高。增加形状参数（包括拉长比、三角形变和方形度）以及高Zeff均是有益的。若同时允许拉长比变化，则可实现约65%的聚变功率提升。尽管不常被考虑，我们发现方形度是影响聚变功率的重要杠杆。等离子体性能受Greenwald密度极限约束的限制。本文开发并以ARC V3A为例演示的这一工作流程，可 readily 应用于其他托卡马克设计。
引用
@article{arxiv.2608.10124,
title = {Steady state, core, operational optimization of an ARC-like tokamak via plasma composition and shape},
author = {A. Saltzman and P. Rodriguez-Fernandez and A. Ho and G. Snoep and J. Han and J. Hall and M. S. Anastopoulos Tzanis and J. Hillesheim and A. J. Creely and P. Snyder and N. T. Howard},
journal= {arXiv preprint arXiv:2608.10124},
year = {2026}
}