PROJECT HCT-LH - Hybrid Compact Tokamak with Hybrid Lasers

Version 3 — March 2026

What changed / Ce qui a changé 

This version corrects a significant error in the ECRH/gyrotron section, following feedback from the r/fusion community.

Cette version corrige une erreur significative dans la section ECRH/gyrotrons, suite à un retour de la communauté r/fusion.

Correction:

The original document cited ECRH frequencies of 105–170 GHz at 7–11 T magnetic field. This was physically inconsistent: 170 GHz corresponds to ~6 T, not 11 T (f = 28 GHz × B). This error is fully acknowledged and corrected.

Le document original citait des fréquences ECRH de 105–170 GHz à 7–11 T. Cela était physiquement incohérent : 170 GHz correspond à ~6 T, pas 11 T. Cette erreur est pleinement reconnue et corrigée.

What's new / Nouveautés :

- Three ECRH scenarios now proposed based on magnetic field level (4–6 T / 7–8 T / 9–11 T)
- NBI explicitly repositioned as primary heating source
- ECRH/ECCD repositioned as precision tool for current profile control and instability suppression
- State-of-the-art update: QST/Kyoto Fusioneering 236 GHz gyrotron (2024) and QST/Canon triple-frequency 1 MW CW gyrotron (December 2025) integrated
- Four updated references on gyrotron technology added

Trois scénarios ECRH proposés selon le champ magnétique (4–6 T / 7–8 T / 9–11 T). NBI repositionné comme source de chauffage principale. Mise à jour de l'état de l'art des gyrotrons (QST/KF 2024, QST/Canon déc. 2025). Quatre nouvelles références ajoutées.

Acknowledgement / Remerciement :
I thank the r/fusion community member who raised this constraint. Open feedback makes science better.

Je remercie le membre de r/fusion qui a soulevé cette contrainte. Les retours ouverts améliorent la science.

Version 4 — March 2026

What changed / Ce qui a changé :

This version adds five new technical sections (A–E) to the v3 document, significantly deepening the engineering analysis.

Cette version ajoute cinq nouvelles sections techniques (A–E) au document v3, approfondissant significativement l’analyse d’ingénierie.

New sections / Nouvelles sections :

🇦 Section A — Priority simulations (JOREK / NIMROD / TGLF)
Detailed table of 5 priority simulations with precise parameters, suggested partners (CEA Cadarache, Max Planck IPP, PPPL), and estimated resources (~2.15M CPU hours total). Sequencing diagram Phase 1a → 1e.

Tableau de 5 simulations prioritaires avec paramètres précis, partenaires suggérés et ressources estimées. Diagramme de séquençage Phase 1a → 1e.

🇧 Section B — Gyrotron integration details
Full engineering specifications (frequency, cost, cooling, footprint). Layout schematic of 20 gyrotron units around the tokamak. Cooling infrastructure table (~16–17 MW thermal rejection).

Spécifications d’ingénierie complètes. Schéma de disposition des 20 gyrotrons. Infrastructure de refroidissement (~16–17 MW).

🇨 Section C — Super-X / ECRH port geometry
Detailed analysis of port availability (5 port types). Cross-section schematic showing available vs. blocked ports. TORBEAM/GRAY validation requirements table.

Analyse de la disponibilité des ports. Schéma de coupe transversale. Tableau des validations TORBEAM/GRAY requises.

🇩 Section D — Femtosecond laser comparative analysis
Comparison of 6 laser technologies (CO₂, Yb:fs, Nd:YAG, fiber, Ti:Sapphire, hybrid). Use case allocation table. Risk table with fallback alternatives.

Comparaison de 6 technologies laser. Allocation par cas d’usage. Tableau des risques avec alternatives.

🇰 Section E — AI control architecture
Full 4-layer architecture diagram (sensors → pipeline → AI → actuators). Specifications for 3 AI sub-layers (< 200 µs, < 50 ms, < 1 s). Critical latency requirements table. Cybersecurity framework.

Diagramme d’architecture 4 couches. Spécifications des 3 sous-couches IA. Tableau des exigences de latence. Framework cyberosécurité.

New references / Nouvelles références :

6 new references added (JOREK, NIMROD, BOUT++, JINTRAC, TGLF, TAE), bringing the total to 18 verified references.

6 nouvelles références ajoutées, portant le total à 18 références vérifiées.

Continuity / Continuité :

This version supersedes v3. All previous versions remain accessible in the Zenodo version history.

Cette version remplace la v3. Toutes les versions précédentes restent accessibles dans l’historique Zenodo.

Version 5 — March 2026 / Mars 2026

This version adds Section F (FLiBe vs. lithium coolant strategy) and establishes FLiBe (Li₂BeF₄) + supercritical CO₂ Brayton cycle as the primary thermal scenario, delivering +40–68% electricity output vs. pressurised water from the same fusion power.

Cette version ajoute la Section F (stratégie caloporteur FLiBe vs. lithium) et établit le FLiBe + cycle Brayton sCO₂ comme scénario thermique principal, avec +40–68% d’électricité vs. eau pressurisée.

Key additions in v5 / Ajouts clés en v5 :
• FLiBe + sCO₂ primary scenario: 42–48% thermal efficiency, 168–344 MWe net (4-reactor fleet), availability >95% with N+1 redundancy
• State-of-the-art update 2025–2026: Kool et al. (Nature Energy, Sept. 2025) — independent upper/lower Super-X divertor control; Verhaegh et al. (Comm. Physics, Sept. 2025) — core stability maintained; KF 236 GHz gyrotron R&D centre opened Feb. 2026
• Mise à jour de l’état de l’art 2025–2026 : Kool, Verhaegh, KF gyrotron
• Sensitivity and uncertainty table / Tableau de sensibilité et incertitudes
• Extended project comparison: SPARC, ARC, ITER, DEMO, ST40, Helion
• European sovereignty roadmap / Feuille de route souveraineté européenne (Mistral AI, Thales, ORANO, CEA, OVH)
• 7 technical figures / 7 figures techniques
• 30 references / 30 références

All numerical values remain indicative extrapolations from published literature — not validated by simulation. TRL 1–2.

Toutes les valeurs sont des extrapolations indicatives non validées par simulation. TRL 1–2.

AI tools used for research / Outils IA utilisés pour la recherche.

All conceptual ideas are the author’s responsibility / Toutes les idées conceptuelles sont sous la responsabilité de l’auteur.

Français en dessous...

PROJECT HCT-LH — Version 8 (April 2026)
Hybrid Compact Tokamak with Hybrid Lasers — an exploratory conceptual proposal for a compact, modular fusion reactor combining five key technologies: Super-X divertor (MAST-U validated), HTS REBCO magnets (7–11 T), 16-flux differential injection (original concept), FLiBe molten salt coolant with supercritical CO₂ Brayton cycle, and sovereign European AI control.

What v8.0 adds:
- Complete 0D power balance.
- Plasma Summary Sheet.
- 16-flux geometry correction with marginal ΔQ over H-mode (+0.8 to +3.0 pts).
- Energy budget for ω.
- Neutronics & Safety section.
- LCOE decomposition (45–75 €/MWh).
- Hypothesis validation table with 10 key assumptions rated by confidence.
- Explicit Go/No-Go thresholds linked to JOREK β parameter.
- Concrete impact metrics: 230,000–570,000 households powered with less than 1.2 kg of fuel per day.
- SPARC status updated (first plasma 2026–2027).
- Three independent expert reviews integrated.

Key figures:
- Q = 5–7 (Plan A base, ~12–15% probability at TRL 1–2).
- Net power: 168–344 MWe (4 reactors).
- Probability >75 MWe net: >75%.
- Phase 0 investment: 14–23 M€.

This project is now actively seeking:
1. Simulation partners for Phase 0 priority calculations:
— JOREK (16-flux MHD stability, β parameter, optimal N) — ideally CEA Cadarache
— NIMROD/SOLPS (Super-X scaling R=0.85 m → R=2–3 m) — ideally CCFE Culham
— TGLF+TORBEAM (ECRH absorption at 7–8 T) — ideally Max Planck IPP
— MCNP/Serpent (TBR, activation, shielding) — CEA or KIT
2. Looking for institutional and/or private investors for Phase 0 funding (14–23 M€), through ANR, BPI France, EUROfusion, Horizon Europe, or private fusion investors...
Expert reviewers in plasma physics, MHD stability, neutronics, or FLiBe thermohydraulics willing to provide independent assessment.

The author is a software and telecoms engineer (Grandes Écoles, France), not a plasma physicist — a limitation fully acknowledged throughout the document. All ideas are open for collaboration. 

PROJET HCT-LH — Version 8 (avril 2026)
Tokamak compact hybride avec lasers hybrides — proposition conceptuelle exploratoire pour un réacteur à fusion compact et modulaire combinant cinq technologies clés : le divertor Super-X (validé par MAST-U), les aimants REBCO à haute température (7–11 T), l'injection différentielle à 16 flux (concept original), le fluide de refroidissement à sel fondu FLiBe avec cycle de Brayton au CO₂ supercritique, et un système de contrôle par IA européen autonome.

Nouveautés de la version 8.0 :
- Équilibre de puissance 0D complet.
- Fiche récapitulative sur le plasma.
- Correction géométrique à 16 flux avec un ΔQ marginal en mode H (+0,8 à +3,0 pts).
- Bilan énergétique pour ω.
- Section « Neutronique et sûreté ».
- Décomposition du LCOE (45–75 €/MWh).
- Tableau de validation des hypothèses avec 10 hypothèses clés classées par niveau de confiance.
- Seuils explicites de décision « oui » ou « non » liés au paramètre β de JOREK.
- Indicateurs d'impact concrets : 230 000 à 570 000 foyers alimentés avec moins de 1,2 kg de combustible par jour.
- Mise à jour du statut SPARC (premier plasma en 2026–2027).
- Intégration de trois évaluations indépendantes par des experts.

Chiffres clés :
- Q = 5 à 7 (base du plan A, probabilité d'environ 12 à 15 % aux niveaux de maturité technologique 1 et 2).
- Puissance nette : 168 à 344 MWe (4 réacteurs).
- Probabilité d'une puissance nette supérieure à 75 MWe : > 75 %.
- Investissement de phase 0 : 14 à 23 millions d'euros.

Ce projet recherche actuellement activement :
1. Partenaires de simulation pour les calculs prioritaires de la phase 0 :
— JOREK (stabilité MHD à 16 flux, paramètre β, N optimal) — de préférence le CEA à Cadarache
— NIMROD/SOLPS (mise à l'échelle du Super-X : R = 0,85 m → R = 2–3 m) — de préférence le CCFE à Culham
— TGLF+TORBEAM (absorption ECRH à 7–8 T) — idéalement Max Planck IPP
— MCNP/Serpent (TBR, activation, blindage) — CEA ou KIT
2. Recherche d'investisseurs institutionnels et/ou privés pour le financement de la phase 0 (14 à 23 millions d'euros), par l'intermédiaire de l'ANR, de BPI France, d'EUROfusion, d'Horizon Europe ou d'investisseurs privés dans le domaine de la fusion...
Des experts en physique des plasmas, en stabilité MHD, en neutronique ou en thermohydraulique FLiBe disposés à fournir une évaluation indépendante.

L'auteur est ingénieur en informatique et en télécommunications (Grandes Écoles, France), et non physicien des plasmas — une limite pleinement reconnue tout au long du document. Toutes les idées sont ouvertes à la collaboration. 

Français en dessus

HCT-LH offers a modular and sovereign approach to nuclear fusion, combining:
✔ Super-X divertor (validated by MAST-U 2025) to reduce heat fluxes by a factor of 10.
✔ 16-flux differential injection (original concept) to improve Q via E×B shear.
✔ HTS REBCO magnets (7–11 T, validated by SPARC) and FLiBe + sCO₂ for 42–48% thermal efficiency.
✔ 100% European AI control (Mistral AI + tinyML FPGA SIL-3).
Key results (v8.5):

Q = 5–7 (base target) with 168–344 MWe net (4 reactors).
LCOE: €45–75/MWh (if Q > 10), competitive with offshore wind.
Impact: Powering 230,000–570,000 households (equivalent to the Nantes-Lyon area) with < 1.2 kg of fuel/day.
Next step (2026–2028):
Validation via critical simulations (JOREK, MCNP, NIMROD) to confirm:

δB/B < 0.03 (MHD stability for N=6–8 fluxes).
TBR > 1.05 (tritium self-sufficiency).
Scaling Super-X to R=2–3 m.

This new version corrects a few errors...

Thanks to the proofreaders

HCT-LH propose une approche modulaire et souveraine pour la fusion nucléaire, combinant :
✔ Divertor Super-X (validé MAST-U 2025) pour réduire les flux thermiques ×10.
✔ Injection différentielle 16-flux (concept original) pour améliorer Q via cisaillement E×B.
✔ Aimants HTS REBCO (7–11 T, validés SPARC) et FLiBe + sCO₂ pour une efficacité thermique de 42–48%.
✔ Contrôle IA 100% européenne (Mistral AI + tinyML FPGA SIL-3).

Résultats clés (v8.5) :

• Q = 5–7 (cible de base) avec 168–344 MWe nets (4 réacteurs).
• LCOE : 45–75 €/MWh (si Q > 10), compétitif avec l’éolien offshore.
• Impact : Alimentation de 230 000–570 000 foyers (équivalent Nantes-Lyon) avec < 1,2 kg de carburant/jour.

Prochaine étape (2026–2028) :
Validation par simulations critiques (JOREK, MCNP, NIMROD) pour confirmer :

• δB/B < 0.03 (stabilité MHD pour N=6–8 flux).
• TBR > 1.05 (auto-suffisance en tritium).
• Scaling Super-X à R=2–3 m.

Cette nouvelle version corrige quelques erreurs.

Merci aux relecteurs.

PROJECT HCT-LH v9 — Hybrid Compact Tokamak with Hybrid Lasers

Projet HCT-LH v9 — Tokamak Compact Hybride avec Lasers Hybrides

English PROJECT HCT-LH v9 proposes a compact, modular 4-reactor fleet (R₀=2.5 m, B_t=8 T) combining Super-X divertor, HTS REBCO magnets, 16-flux differential injection (original concept), FLiBe + sCO₂ power cycle, and sovereign European AI control.

This exploratory conceptual study (TRL 1–2) includes a detailed 0D power balance (Q=5–7 base case), plasma stability roadmap, neutronics, LCOE decomposition, cumulative risk analysis, and explicit Go/No-Go criteria. Major v9 corrections address tritium burn rate, LCOE residuals, volt-second budget, long-pulse sourcing, and alpha fast-ion confinement (new §5.3.8).

Open to collaboration on priority simulations (Block 0 analytical scoping + JOREK).

DOI (auto-generated) | CC BY 4.0 | Version 9 — June 2026

Français Le projet HCT-LH v9 propose une flotte modulaire de 4 réacteurs compacts (R₀=2.5 m, B_t=8 T) combinant divertor Super-X, aimants HTS REBCO, injection différentielle 16-flux (concept original), cycle FLiBe + sCO₂ et contrôle IA souverain européen.

Cette étude conceptuelle exploratoire (TRL 1–2) inclut un bilan puissance 0D détaillé (Q=5–7 en base), une feuille de route de stabilité plasma, neutronique, décomposition LCOE, analyse de risque cumulatif et critères Go/No-Go explicites. La v9 corrige notamment le taux de combustion tritium, les résiduels LCOE, le budget volt-secondes, les sources long-pulse et le confinement des alphas (§5.3.8 nouveau).

Ouvert à toute collaboration sur les simulations prioritaires (Block 0 + JOREK).