ARC 破裂物理与策略

Commonwealth Fusion Systems (CFS) 计划在2030年代初运行一座名为 ARC 的托卡马克电厂。托卡马克等离子体具有稳定性极限，一旦逾越，会导致等离子体迅速终止，即所谓的大破裂（disruption）。破裂会由于热粒子和非热粒子热通量而对第一壁造成熔化风险，并对平衡线圈内的所有金属构件产生电磁载荷风险。本文采用一套综合模型对缓解和未缓解的 ARC 破裂载荷进行评估。建立了初步的大规模气体注入系统基准，并提出了逃逸电子缓解线圈备选方案以弥补基准中可能存在的不足。预测表明，所有 ARC 破裂载荷均在 CFS 目前正在建造的托卡马克 SPARC 破裂载荷的2倍以内，因此 SPARC 为校准模型、测试解决方案和指导 ARC 设计提供了机会。ARC 的目标是实现无破裂运行，然而，实际的设计目标是承受每天一次缓解后的破裂，并在缓解后数十秒内重新启动等离子体且不中断功率输出。未缓解的破裂必须极其罕见，而 SPARC 中未缓解破裂影响的经验将更好地界定“罕见”的含义。文中还讨论了该策略对等离子体破裂率和破裂预测的影响，在 SPARC 上运行 ARC 方案有望进一步完善 ARC 的最终设计和运行方案。