Ideal MHD Beta Limit for Optimum Stable Operation of Axisymmetric Tokamak Reactor with a Circular Cross Section

원형 단면을 가진 축대칭형 토카막 핵융합로의 최적운전을 위한 이상적 자기유체역학 안전성을 유지하는 베타값의 최대한계

A method for determining the optimum ideal MHD $\beta$limit and the operation conditions is presented for an axisymmetric tokamak reactor with a circular cross section. The $\beta$limit is calculated under the constraints of ideal MHD instability criteria with varying the operation conditions which depend on the toroidal current density distributions. Semiempirical laws deduced from experimental observations are used for the toroidal current density distributions. Analytic derivations of various equations required to determine the $\beta$limit are carried out from the empirical equations. Various distributions of the $\beta$limit are obtained by the numerical calculations for different distributions of the toroidal current density. The resulting values of the maximum $\beta$limited by ideal MHD instabilities are expressed by a scaling law in terms of the tokamak geometry and the safety factor.

원형 단면을 가진 축대칭형 토카막 핵융합로에 적합할 수 있는 최적의 이상적 자기유체역학 베타값과 운전조건의 결정 방법을 제시하였다. 토로이달 전류밀도 분포로 조정되는 운전조건을 변화시키면서 이상적 자기유체역학 안정성을 유지시킬 수 있는 베타값의 한계를 계산하였다. 토로이달 전류밀도 분포에는 실험적 관찰들로부터 얻은 실험식들이 사용되었고, 베타 값의 한계를 결정하기 위해 필요로 여러 식들이 이 실험식들로부터 유도되었다. 토로이달 전류밀도의 각각 다른 분포에 대해서 다양한 베타 한계값 분포들이 얻어졌다. 이상적 자기 유체 역학 불안정성들에 의해 제안받는 최대의 베타값을 토카막의 기하학적 변수와 안전인자에 의한 scaling law로 표현하였다.