利用可重装超导磁体训练与升级托卡马克电站

所有产生高于12 T磁场的高场超导体都是脆性的。然而，它们很可能是商业托卡马克的首选材料，因为托卡马克中的聚变功率密度按磁场的四次方缩放。在此我们提出在反应堆调试阶段使用稳健、延展性好的超导体，以在建立运行安全裕度时避免脆性磁体失效。此处我们使用PROCESS系统代码来指导开发策略并提供详细的资本成本最小化托卡马克电站设计。我们提议建造一台电功率输出为100 MWe、等离子体聚变增益Qplasma = 17、净增益Qnet = 1.3、电价（COE）为每MWh 1148美元（2021年美元，可用率75%）、采用高温超导运行TF磁体产生轴上5.4 T和峰值场12.5 T的“验证”托卡马克。它使用Nb-Ti训练磁体，成本约为97.5亿美元（2021年美元）。一台等效的500 MWe电站COE为每MW 608美元，表明大型托卡马克最终可能主导商业市场。我们考虑一系列针对资本成本优化的设计（所考虑的反应堆为试验堆），包括100 MWe和500 MWe电站各两种磁体方案：训练与升级。使用训练磁体时，电站针对REBCO TF磁体进行成本优化。对于100 MWe电站，Nb-Ti训练磁体在环向场线圈上通常产生REBCO磁体峰值场的70%、在中央螺线管上产生65%，成本约为总机器成本的10%。训练磁体原则上可重复用于后续约10台（商业）机器中的每一台，因此以1%计仅带来边际额外成本。