EXL-50U球形环中快离子磁场波纹损失的优化模拟研究

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。

JT—60U中磁场波纹对H模式性能的影响

本文研究了JT－60U中环向场波纹对总H模式性能的影响。波纹的大小随等离子体体积的改变而变化。用监测到第一壁的局部热负载，已测出了波纹损失，并用轨道追踪蒙特卡罗编码模拟了这种波纹损失。在把净输入功率作了波纹捕获得 损失和香蕉漂移损失修正后，发现总H因子对波纹的大小不是很敏感。对ρ＝0.9处波纹引起的输运系数的理论分析证实了这些结果。

HT-7托卡马克中逃逸电子和磁场波纹的共振作用

为抑制托卡马克等离子体中逃逸电子的能量,在2009年秋HT-7托卡马克物理实验中,分析了逃逸电子在不同放电条件下的能量演化信息,发现逃逸电子和磁场波纹的共振现象。尽管在等离子体的芯部,逃逸电子的能量可高达数十MeV,但在逃逸电子输运到边界的过程中,通过和磁场波纹不同阶的谐波共振,逃逸电子的能量被限制在一个范围内,而不会再继续增加。高环电压下,逃逸电子可和低阶谐波共振,最终可获得的能量较高;在低环电压下,逃逸电子和高阶谐波共振,最终可获得的能量较低。通过这个机制的作用,逃逸电子的能量被限制在一个很低水平,这将大大减轻装置第一壁的负荷,减小逃逸电子对装置的负面影响。

中国聚变工程试验堆上新经典撕裂模和纵场波纹扰动叠加效应对alpha粒子损失影响的数值模拟

托卡马克聚变堆中高能量alpha粒子的良好约束是获得稳态燃烧等离子体的前提,除了磁场波纹损失,不稳定性也会引起额外的损失.本文基于中国聚变工程试验堆(CFETR)参数, alpha粒子初始分布和新经典撕裂模(NTM)扰动分布,利用粒子导心跟踪方法分别对磁场波纹和NTM两种扰动及叠加下的粒子损失进行了详细的数值模拟.结果显示粒子损失份额不随NTM扰动幅度增大而增大,两种扰动的叠加效应不明显.通过扫描装置波纹度大小以及分析相空间粒子密度和波纹损失区分布,确认原因是CFETR波纹损失区较小,没有覆盖高能量粒子(EP)密度和NTM扰动主要分布区.此外, NTM没有引起直接粒子损失和俘获粒子剖面坍塌.显著的俘获粒子密度剖面展平,并扩展到波纹损失区是两种扰动叠加效应显著的前提.无碰撞波纹随机扩散是CFETR初始分布alpha粒子的主要损失通道,通行粒子约束不受磁场波纹影响.本文研究结果对CFETR概念设计中alpha粒子物理和低频不稳定性下的EP行为具有重要意义.