托卡馬克電流爬升與穩(wěn)態(tài)運(yùn)行的集成模擬研究.pdf

1、托卡馬克等離子體放電的過(guò)程是一個(gè)十分復(fù)雜的過(guò)程，涉及平衡、磁流體穩(wěn)定性和輸運(yùn)等方面的研究，這些物理問(wèn)題的分析和模擬必然需要自洽的整合各種物理過(guò)程，比如等離子體平衡、輸運(yùn)、不穩(wěn)定性以及加熱和電流驅(qū)動(dòng)。目前國(guó)際上托卡馬克等離子體物理研究的一個(gè)趨勢(shì)就是通過(guò)整合已有的程序，使人們能夠比較自洽的綜合研究托卡馬克等離子體的物理問(wèn)題。集成模擬作為托卡馬克聚變研究的重要組成部分，它對(duì)于物理實(shí)驗(yàn)的解釋，物理理論的驗(yàn)證以及下一代裝置的設(shè)計(jì)和建造具有非常重要

2、的意義。本文基于通用原子能公司(GA)為主開發(fā)的OMFIT集成模擬平臺(tái)，針對(duì)電流爬升與長(zhǎng)脈沖穩(wěn)態(tài)放電，發(fā)展了新的集成模型，并且在實(shí)驗(yàn)上對(duì)模型進(jìn)行了驗(yàn)證。
　　首先，在等離子體電流爬升模擬中首次運(yùn)用了目前國(guó)際上先進(jìn)的湍流輸運(yùn)模型TGLF，利用輸運(yùn)程序ONETWO、TGYRO(TGLF+NEO)和平衡程序EFIT，在OMFIT框架下，發(fā)展了等離子體電流爬升集成模型，并利用DIII-D電流爬升實(shí)驗(yàn)對(duì)模型進(jìn)行了驗(yàn)證。在歐姆爬升和NBI輔助

3、加熱爬升的不同算例驗(yàn)證研究中，發(fā)現(xiàn)集成模型在預(yù)測(cè)電子和離子溫度剖面及等離子體電流密度分布的演化方面做得相當(dāng)好，認(rèn)為這個(gè)集成模型可以合理地預(yù)測(cè)等離子體溫度和等離子體電流密度的演化。同時(shí)，也對(duì)這個(gè)模型的適用性進(jìn)行了分析。這個(gè)模型能為CFETR及ITER等未來(lái)聚變裝置提供良好的前期模擬預(yù)測(cè)。
　　長(zhǎng)脈沖高約束放電是未來(lái)磁約束聚變堆裝置如ITER、CFETR邁出商業(yè)化必須面臨的一個(gè)巨大挑戰(zhàn)，也是目前EAST實(shí)驗(yàn)在最近幾年一直在研究和探索的

4、主線目標(biāo)。針對(duì)EAST長(zhǎng)脈沖H模實(shí)驗(yàn)，發(fā)展了EAST長(zhǎng)脈沖H模集成模型。該模型很好的重現(xiàn)了EAST長(zhǎng)脈沖H模放電溫度和電流剖面，計(jì)算表明低雜波驅(qū)動(dòng)的電流是非感應(yīng)電流主要成分(70％)，這與目前世界上其他裝置實(shí)現(xiàn)完全非感應(yīng)放電方案是不一樣的。同時(shí)也驗(yàn)證了TGLF-SAT1模型適用于EAST長(zhǎng)脈沖H模放電，GENRAY+CQL3D程序計(jì)算低雜波也是首次在EAST H模放電中被驗(yàn)證。在此基礎(chǔ)上，通過(guò)改變ECH沉積位置，得出了與實(shí)驗(yàn)一致的結(jié)果，