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托卡马克理想导体壁与磁流体不稳定性
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作者 沈勇 董家齐 +2 位作者 何宏达 潘卫 郝广周 《物理学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2023年第3期175-185,共11页
为了探索等离子体磁流体力学(MHD)不稳定性的导体壁效应以及壁设计思想,研究了基于HL-2A托卡马克偏滤器位形的、自由边界和多种形式的理想导体壁条件下的等离子体MHD不稳定性与装置MHD运行β极限.在稳定性计算中,考虑的是n=1扭曲模,该... 为了探索等离子体磁流体力学(MHD)不稳定性的导体壁效应以及壁设计思想,研究了基于HL-2A托卡马克偏滤器位形的、自由边界和多种形式的理想导体壁条件下的等离子体MHD不稳定性与装置MHD运行β极限.在稳定性计算中,考虑的是n=1扭曲模,该模对托卡马克等离子体MHD不稳定性有决定性的影响.研究着眼于验证多种形状导体壁抑制内、外扭曲模的有效性,观察运行β极限的变化,并讨论分析相关物理.研究发现在离等离子体适当距离处放置一个理想导体壁,可有效抑制外扭曲模.在壁与等离子体表面的平均距离相同、且足够小的条件下,圆截面壁并不一定是最佳选择,设置一个经过优化的多边形导体壁能更有效地抑制MHD不稳定性,它使本装置的理想MHD运行β极限β_(N)提高到2.73,比自由边界条件下(即假设壁设置在无穷远处的)装置的运行β极限值(~2.56)提高了约6.5%.这暗示需要根据有拉长、有变形的等离子体的极向截面形状,优化制作一个离等离子体表面平均距离尽可能近的多边形导体壁,才能取得抑制外扭曲模、提高β极限的最佳效果. 展开更多
关键词 托卡马克 理想导体壁 磁流体不稳定性 扭曲模 运行β极限
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Effect of ideal internal MHD instabilities on NBI fast ion redistribution in ITER 15 MA scenario
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作者 杨冠铭 刘钺强 +3 位作者 王志斌 王雍钦 苗雨田 郝广周 《Plasma Science and Technology》 SCIE EI CAS CSCD 2023年第5期8-19,共12页
Transport of fast ions is a crucial issue during the operation of ITER.Redistribution of neutral beam injection(NBI)fast ions by the ideal internal magnetohydrodynamic(MHD)instabilities in ITER is studied utilizing th... Transport of fast ions is a crucial issue during the operation of ITER.Redistribution of neutral beam injection(NBI)fast ions by the ideal internal magnetohydrodynamic(MHD)instabilities in ITER is studied utilizing the guiding-center code ORBIT(White R B and Chance M S 1984Phys.Fluids 272455).Effects of the perturbation amplitude A of the internal kink,the perturbation frequency f of the fishbone instability,and the toroidal mode number n of the internal kink are investigated,respectively,in this work.The n=1 internal kink mode can cause NBI fast ions transporting in real space from regions of 0<s≤0.32 to 0.32<s≤0.53,where s labels the normalized plasma radial coordinate.The transport of fast ions is greater as the perturbation amplitude increases.The maximum relative change of the number of fast ions approaches 5%when the perturbation amplitude rises to 500 G.A strong transport is generated between the regions of 0<s≤0.05 and 0.05<s≤0.12 in the presence of the fishbone instability.Higher frequency results in greater transport,and the number of fast ions in 0<s≤0.05 is reduced by 30%at the fishbone frequency of 100 k Hz.Perturbations with higher n will lead to the excursion of fast ion transport regions outward along the radial direction.The loss of fast ions,however,is not affected by the internal MHD perturbation.Strong transport from 0<s≤0.05 to 0.05<s≤0.12 does not influence the plasma heating power of ITER,since the NBI fast ions are still located in the plasma core.On the other hand,the influence of fast ion transport from 0<s≤0.32 to 0.32<s≤0.53 needs further study. 展开更多
关键词 ITER NBI fast ions internal kink mode fishbone instability ORBIT
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EXL-50U球形环中快离子磁场波纹损失的优化模拟研究
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作者 郝保龙 李颖颖 +11 位作者 陈伟 郝广周 顾翔 孙恬恬 王嵎民 董家齐 袁保山 彭元凯 石跃江 谢华生 刘敏胜 ENN TEAM 《物理学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2023年第21期143-156,共14页
EXL-50U装置高参数等离子体的实现对中性束注入(NBI)加热的依赖非常敏感,期望NBI快离子约束良好并通过碰撞慢化把能量传给背景等离子体.本文基于集成模拟给出的平衡位形、快离子分布和装置波纹度数据对快离子波纹损失开展了模拟研究.发... EXL-50U装置高参数等离子体的实现对中性束注入(NBI)加热的依赖非常敏感,期望NBI快离子约束良好并通过碰撞慢化把能量传给背景等离子体.本文基于集成模拟给出的平衡位形、快离子分布和装置波纹度数据对快离子波纹损失开展了模拟研究.发现快离子波纹损份额约为37%,局域热斑约0.6 MW/m2,对装置实验运行来说不可接受.其优化方案包括移动等离子体位置和加FI(铁素体钢插件)降低波纹度,增大I_(p)(等离子体电流)以及优化NBI角度.结果显示必须控制波纹度分布且增大I_(p)到600 kA以上,才能使快离子损失降低到3%-4%,局域热斑降低一个量级.本文总结了装置设计时快离子波纹损失评估的方法,包括相空间快离子分布和波纹损失区重合度,全要素慢化时间尺度粒子跟踪.还总结了降低波纹损失的工程和物理途径,为集成模拟迭代优化和装置运行提供模拟支持。 展开更多
关键词 磁约束核聚变 球形环 快离子 磁场波纹
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Preparation of a beam emission spectroscopy diagnostic based on a Lyman-alpha line to diagnose core and edge-plasma density fluctuation on the HL-2A tokamak
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作者 余羿 周艺轩 +7 位作者 柯锐 聂林 肖池阶 李继全 郝广周 许敏 王志斌 陈坚 《Plasma Science and Technology》 SCIE EI CAS CSCD 2023年第11期84-90,共7页
In this article,the design of a Lyman-alpha-based beam emission spectroscopy(LAB)diagnostic on the HL-2A tokamak has been proposed for the first time.The purpose of this novel diagnostic is to measure density fluctuat... In this article,the design of a Lyman-alpha-based beam emission spectroscopy(LAB)diagnostic on the HL-2A tokamak has been proposed for the first time.The purpose of this novel diagnostic is to measure density fluctuations of tokamak plasma.The light-collection system of LAB,which consists of the first mirror and two groups of coaxial double-mirror telescopes,can realize a twosegmented viewing field ofρ=0–0.2 andρ=0.75–1,which is optimized to measure plasma density fluctuation,not only in the edge transport barrier region but also in the internal transport barrier region,to investigate the underlying physics of turbulence in tokamaks.Spectrometers are developed to separate out the Doppler-shifted target line(122.03 and 122.17 nm)from the background Lyman-alpha line(121.53 nm).Here,30 Core-LAB channels and 30 Edge-LAB channels are under development on the HL-2A tokamak.It has high radial spatial resolutions of about 2.7 mm and 3.3 mm for the core and edge channels,respectively.Taking the high light intensity of this Lyman-alpha line into account,temporal resolution of 200 k Hz can be ensured by broad bandwidth amplifiers.This high spatio-temporal resolution makes LAB a potential keen tool to experimentally investigate tokamak plasma physics. 展开更多
关键词 tokamak diagnostic LAB BES plasma density fluctuation
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环位形下鱼骨模驱动快离子输运的数值模拟研究 被引量:1
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作者 王雍钦 郝广周 +4 位作者 虞立敏 苗雨田 柯锐 邹云鹏 高庆弟 《核聚变与等离子体物理》 CAS CSCD 北大核心 2022年第4期440-447,共8页
考虑包含动理学效应的鱼骨模结构,使用导心轨道程序ORBIT,在磁面坐标下研究了不同的扰动模幅度、频率对快离子再分布的影响,并分析了粒子与扰动发生共振的条件。模拟得出,鱼骨模扰动会使快离子在实空间、相空间中发生再分布,芯部(Ψ_(p)... 考虑包含动理学效应的鱼骨模结构,使用导心轨道程序ORBIT,在磁面坐标下研究了不同的扰动模幅度、频率对快离子再分布的影响,并分析了粒子与扰动发生共振的条件。模拟得出,鱼骨模扰动会使快离子在实空间、相空间中发生再分布,芯部(Ψ_(p)/Ψ_(w)≤0.2,Ψ_(p)为极向磁通,Ψ_(w)为最后一个闭合磁面的磁通)快离子密度下降约20%,中间磁面位置上(0.2≤Ψ_(p)/Ψ_(w)≤0.6)的快离子密度增加约7%;通过扫描频率发现,相空间中快离子的再分布对模式频率敏感,并分析了快离子与鱼骨模扰动共振的条件。 展开更多
关键词 鱼骨模 再分布 相空间 共振
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HL-2M等离子体对共振磁扰动线圈电流相位响应的模拟
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作者 陈海涛 郝广周 +3 位作者 刘钺强 周利娜 陈谦 段旭如 《核聚变与等离子体物理》 CAS CSCD 北大核心 2022年第1期63-70,共8页
在HL-2M托卡马克平衡位形(I_(p)=1.0MA,β_(N)=1.62,q_(95)=4.01)下,使用环形单流体程序MARS-F研究了等离子体对共振磁扰动(RMP)线圈电流相位差的响应。在最优相位差时,扰动磁场显著地改变边界层磁场的拓扑,形成明显的磁岛链,增加了等... 在HL-2M托卡马克平衡位形(I_(p)=1.0MA,β_(N)=1.62,q_(95)=4.01)下,使用环形单流体程序MARS-F研究了等离子体对共振磁扰动(RMP)线圈电流相位差的响应。在最优相位差时,扰动磁场显著地改变边界层磁场的拓扑,形成明显的磁岛链,增加了等离子体在边界层的输运,降低了压强梯度,减小了对ELM的驱动。模拟结果显示,扰动场环向模数为n=1时,最优的相位差约为180°;n=2时,最优的相位差约为150°;n=4时,最优的相位差约为-30°。 展开更多
关键词 HL-2M托卡马克 外加扰动磁场 等离子体共振响应
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托卡马克装置中等离子体环向旋转对三维响应场的影响 被引量:2
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作者 李春雨 郝广周 +2 位作者 刘钺强 王炼 刘艺慧子 《物理学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2022年第7期250-258,共9页
本文利用MARS-F程序,数值研究了HL-2M托卡马克装置高比压等离子体中,环向旋转对外加共振磁扰动场的响应特性的影响.研究发现,等离子体响应显著改变共振磁扰动的谱分布,并影响等离子体内部共振磁扰动场与共振磁扰动线圈电流相位差的依赖... 本文利用MARS-F程序,数值研究了HL-2M托卡马克装置高比压等离子体中,环向旋转对外加共振磁扰动场的响应特性的影响.研究发现,等离子体响应显著改变共振磁扰动的谱分布,并影响等离子体内部共振磁扰动场与共振磁扰动线圈电流相位差的依赖关系,从而改变有理面处径向扰动场的幅值.当边界旋转频率较小时,在最外有理面处,等离子体响应对外加共振磁扰动场有明显的放大效应.通常,边缘局域模的控制效果依赖于最外有理面处共振磁扰动场的幅度,因此可通过控制旋转剖面实现对共振磁扰动场的调控,进而优化边缘局域模的控制方案. 展开更多
关键词 边缘局域模 共振磁扰动 旋转频率 HL-2M装置
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Effect of Finite-Ion-Banana-Width on the Polarization Contribution to the Neoclassical Tearing Modes Evolution 被引量:1
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作者 曲洪鹏 彭晓东 +3 位作者 沈勇 王爱科 郝广周 胡世林 《Plasma Science and Technology》 SCIE EI CAS CSCD 2014年第12期1090-1095,共6页
In the previous analytical description of the neoclassical polarization current effect on the neoclassical tearing modes(NTMs),it is usually assumed that the magnetic island is much larger than the finite-ion-banana-w... In the previous analytical description of the neoclassical polarization current effect on the neoclassical tearing modes(NTMs),it is usually assumed that the magnetic island is much larger than the finite-ion-banana-width(FBW).This assumption is questionable when the experimentally observed seed island width of the NTMs is comparable to the FBW.We introduce a simple and direct theoretical method to investigate the FBW effect on the neoclassical polarization contribution to the NTM evolution in collisional plasmas.The results show that,the FBW effect can strongly modify the neoclassical polarization current profile near the island separatrix,and thus weaken its probably stabilizing effect on the NTMs. 展开更多
关键词 碰撞等离子体 新古典主义 新经典撕裂模 极化 宽度 香蕉 演变 FBW
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Effect of passive structure and toroidal rotation on resistive wall mode stability in the EAST tokamak
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作者 刘广君 万宝年 +7 位作者 孙有文 刘钺强 郭文峰 郝广周 丁斯晔 沈飙 肖炳甲 钱金平 《Chinese Physics B》 SCIE EI CAS CSCD 2014年第7期523-528,共6页
If βN exceeds no-wallβN, the plasma will be unstable because of external kink and resistive wall mode(RWM). In this article, the effect of the passive structure and the toroidal rotation on the RWM stability in the ... If βN exceeds no-wallβN, the plasma will be unstable because of external kink and resistive wall mode(RWM). In this article, the effect of the passive structure and the toroidal rotation on the RWM stability in the experimental advanced superconducting tokamak(EAST) are simulated with CHEASE and MARS codes. A model using a one-dimensional(1D)surface to present the effect of the passive plate is proved to be credible. The no wall βN limit is about 3li, and the ideal wall βN limit is about 4.5li on EAST. It is found that the rotation near the q = 2 surface and the plasma edge affects the RWM more. 展开更多
关键词 EAST装置 稳定性 旋转 电阻 结构 等离子体边缘 环向 超导托卡马克
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Synergistic Influences of Kinetic Effects from Thermal Particles and Fast Ions on Internal Kink Mode
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作者 苗雨田 郝广周 +5 位作者 刘悦 何宏达 陈伟 王雍钦 王爱科 许敏 《Chinese Physics Letters》 SCIE CAS CSCD 2021年第8期67-72,共6页
The kinetic effects of thermal particles and fast ions on internal kink(IK)mode are numerically investigated by the MHD-kinetic hybrid code MARS-K.It is shown that either thermal particles or fast ions have stabilizin... The kinetic effects of thermal particles and fast ions on internal kink(IK)mode are numerically investigated by the MHD-kinetic hybrid code MARS-K.It is shown that either thermal particles or fast ions have stabilizing influence on IK.However,the former can not fully stabilize IK,and the later can suppress the IK.In addition,the synergistic effect from thermal particles and fast ions induces more stronger damping on IK.The kinetic effects from particles significantly raise the critical value of poloidal beta(βpcrit)for driving IK in the toroidal plasma.This implies a method of controlling IK or sawtooth in the high-βp discharge scenario of tokamak.It is noted that,at the q=1 rational surface,mode structure becomes more sharp due to the self-consistent modification by particles’kinetic effect. 展开更多
关键词 KINETIC INTERNAL MODE
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Stabilization of Short Wavelength Resistive Ballooning Modes by Ion-to-Electron Temperature and Gradient Ratios in Tokamak Edge Plasmas
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作者 许健强 彭晓东 +1 位作者 曲洪鹏 郝广周 《Chinese Physics Letters》 SCIE CAS CSCD 2020年第6期13-16,共4页
We numerically investigate the effects of ion-to-electron temperature ratio T_i/T_e and temperature gradient ratioη_i/η_e on resistive ballooning inodes(RBMs)under tokamak edge plasma conditions.The results show tha... We numerically investigate the effects of ion-to-electron temperature ratio T_i/T_e and temperature gradient ratioη_i/η_e on resistive ballooning inodes(RBMs)under tokamak edge plasma conditions.The results show that the growth rates of the RBMs exhibit the characteristic of a quite broad poloidal wavenumber spectrum in the cold ion limit.The growth rate spectrum becomes narrower and the peak of the spectrum shifts from the short to long wavelength side with increasing T_i/T_e andη_i/η_e.The electron temperature gradient has a very weak effect on the stability of RBMs.However,the ion-to-electron temperature ratio and the temperature gradient ratio have strong stabilizing effects on short-wavelength RBMs,while they have relatively weak effects on long-wavelength RBMs. 展开更多
关键词 Resistive SPECTRUM ELECTRON
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Sierpinski镂垫上具有三体自旋作用的Ising模型 被引量:1
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作者 尹训昌 余春日 +1 位作者 郝广周 祝祖送 《四川大学学报(自然科学版)》 CAS CSCD 北大核心 2008年第5期1151-1154,共4页
应用实空间重整化群变换的方法,在Sierpinski镂垫上研究了外场作用下具有二体和三体自旋作用的Ising模型,求出了临界点和临界指数.与只有二体自旋作用的情况相比较,考虑三体自旋作用后,系统仍然只存在零温相变.
关键词 Sierpinski镂垫 ISING模型 重整化群 临界指数
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漂移动理学效应对HL-2A托卡马克共振磁扰动等离子体响应的影响
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作者 刘艺慧子 张能 +5 位作者 刘钺强 龚学余 王硕 李春雨 王炼 郝广周 《核技术》 EI CAS 2024年第5期44-54,共11页
边缘局域模(Edge Localized Modes,ELMs)的控制是国际热核聚变实验堆(International Thermonuclear Experimental Reactor,ITER)及未来磁约束聚变堆安全运行必须解决的一个关键主题。近年来,大量的理论模拟和实验研究证明,共振磁扰动(Re... 边缘局域模(Edge Localized Modes,ELMs)的控制是国际热核聚变实验堆(International Thermonuclear Experimental Reactor,ITER)及未来磁约束聚变堆安全运行必须解决的一个关键主题。近年来,大量的理论模拟和实验研究证明,共振磁扰动(Resonant Magnetic Perturbation,RMP)是一种非常有效控制边缘局域模的技术。为了更好地理解HL-2A托卡马克中ELMs的控制,本文基于HL-2A托卡马克实验上等离子体和RMP线圈的位形,使用MARS-F/K程序,计算了高约束模式下等离子体对RMP的漂移动理学响应,并与流体模型的结果进行对比;进一步对等离子体平衡压强、环向流以及热粒子碰撞效应等关键参数进行了敏感性研究。结果表明,随着归一化比压βN的增加,流体响应模型预测的等离子体响应幅度最初相对较弱,随后在接近无壁比压极限时发生强烈变化,但这一非物理因素“跳变”在动理学响应模型中得到了修正。此外,在考虑粒子碰撞效应的动理学响应中,捕获热离子的非绝热共振贡献显著;而忽略粒子碰撞效应,捕获热电子的进动漂移共振贡献则更加显著。由此可见在高比压等离子体响应中考虑动理学效应的重要性,尤其是在考虑粒子碰撞效应时,需要考虑捕获粒子的非绝热共振贡献。 展开更多
关键词 共振磁扰动 边缘局域模 等离子体响应 动理学效应
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HL-3装置上离子回旋波加热对中子产额的影响
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作者 杨冠铭 郝广周 +3 位作者 卢凌峰 董冠岐 郝保龙 王硕 《核技术》 EI CAS 2024年第5期1-13,共13页
离子回旋射频(Ion Cyclotron Range of Frequencies,ICRF)波加热是托卡马克装置上至关重要的辅助加热方式之一。托卡马克装置中国环流三号(HL-3,原名HL-2M)拟安装加热功率为6 MW的ICRF加热系统。本工作利用TRANSP程序,模拟并研究了ICRF... 离子回旋射频(Ion Cyclotron Range of Frequencies,ICRF)波加热是托卡马克装置上至关重要的辅助加热方式之一。托卡马克装置中国环流三号(HL-3,原名HL-2M)拟安装加热功率为6 MW的ICRF加热系统。本工作利用TRANSP程序,模拟并研究了ICRF加热的频率和功率对聚变中子产额以及快离子分布的影响。研究结果表明:ICRF的频率和功率对中子产额有显著影响,固定ICRF频率时,中子产额与加热功率成正比关系,而在固定ICRF加热功率的情况下,中子产额的增加幅度显著依赖ICRF的频率,在研究参数范围内,30 MHz的ICRF对中子产额的增加具有最显著的增强作用。快离子分布的模拟结果显示,在考虑ICRF加热后,中性束和ICRF的协同加热机制能够将快离子加热至最高1 MeV,有效地提高了中子产额。此外,基于中子相机诊断的概念对中子信号进行了仿真。结果表明,中子相机能够有效地测量到由ICRF加热导致的中子产额高低和分布剖面的变化,这为将来优化中子相机诊断系统设计和测量中子空间分布提供了一定的参考。 展开更多
关键词 离子回旋波 聚变中子 快离子 HL-3装置
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