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Accès ouvert déclaré 2026 article

Electromagnetic gyrokinetic analysis in Tokamak Energy’s pre-concept design of the ST-E1 fusion power plant

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Rattachement africain : gb, us. Niveau de preuve : code pays fourni par la source.

Le résumé fourni par la source

Abstract ST-E1 is Tokamak Energy's fusion power plant concept. A series of reference flat-top plasma operating points were developed in [S McNamara et al. Nucl. Fusion 66 (2026) 086008]. The present work focuses on the low-density baseline conceptual power plant (BCP) operating point of [S McNamara et al. Nucl. Fusion 66 (2026) 086008], selected as representative of ST-E1, and investigates its micro-stability, turbulent transport and transport-informed optimisation using first-principles spectral flux-tube electromagnetic gyrokinetic simulations. Linear gyrokinetic calculations, involving electrons, thermal ions, impurities, and thermal and fast helium ions, complemented by dynamic mode decomposition to identify subdominant and stable drift-wave eigenmodes, reveal two principal long-wavelength electromagnetic instability branches: hybrid h-ITG modes driven by thermal gradients and FI-KBMs, i.e., kinetic-ballooning-like modes strongly influenced by plasma beta and fast-ion population. At shorter wavelengths, electron-temperature-gradient modes become unstable towards plasma edge while remaining stable in the core. A comprehensive sensitivity analysis identifies principal equilibrium parameters governing these instabilities. Building on these linear predictions, nonlinear electromagnetic gyrokinetic simulations quantify turbulent transport of thermal plasma and fast helium ions. The reference operating point is found to exhibit saturated, rather than runaway, electromagnetic turbulence, establishing it as a physically meaningful baseline for further optimisation. Turbulent transport is governed primarily by combined effects of plasma beta, safety factor and fast-ion fraction, with intrinsic-rotation-driven ExB shear providing complementary suppression. Although fast ions provide free energy driving FI-KBM branch, increasing fast-ion fraction is found to reduce saturated turbulent transport across all species through nonlinear self-organisation. To explore the resulting multidimensional parameter space, a physics-informed interpolation framework constrained and validated by nonlinear gyrokinetic simulations is developed to enable identification of transport-favourable operating points without exhaustive nonlinear parameter scans. This framework yields a family of transport-favourable operating points for ST-E1 low-density BCP equilibrium and provides quantitative targets for future self-consistent equilibrium optimisation.

Ce résumé expose les affirmations des auteurs. BNTIC ne l’interprète pas comme une validation indépendante des résultats.

Le contrôle bibliographique ouvert

DOI retrouvé dans Crossref DOI retrouvé ; titre concordant.

Titre Crossref
Electromagnetic gyrokinetic analysis in Tokamak Energy’s pre-concept design of the ST-E1 fusion power plant
Date Crossref
14/09/2026
Éditeur
IOP Publishing
Type
journal-article

Ce recoupement confirme des métadonnées liées au DOI. Il ne confirme ni la méthode ni les conclusions de l’étude, et il ne compte pas comme une seconde source scientifique indépendante.

Les institutions déclarées

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