電流反向平衡位形中帶電粒子運動的模擬研究.pdf

1、交流放電運行是實現(xiàn)托卡馬克準穩(wěn)態(tài)運行的一種可行方案，要求總電流為零時保持有限的等離子體密度，使得在較低的環(huán)電壓下重新加熱等離子體并產(chǎn)生等離子體電流。關(guān)于總電流過零時的電流反向平衡位形和相關(guān)的等離子體性能的研究，對深入理解托卡馬克等離子體性質(zhì)及開展交流放電實驗具有重要意義，主要研究內(nèi)容如下:
　　首先,結(jié)合 CT-6B等離子體交流放電實驗，采用有限元法和高斯迭代法數(shù)值求解 Grad-Shafranov方程，得到了總電流過零時刻的平衡

2、位形。結(jié)果表明：等離子體電流過零時為內(nèi)外兩側(cè)電流反向平衡位形。磁場結(jié)構(gòu)在強場側(cè)和弱場側(cè)各存在一個磁島，等離子體電流密度和壓力分布在磁島處取得極值。該計算結(jié)果與實驗符合較好。
　　然后，建立帶電粒子運動的物理模型，模擬電子和氘離子在電流反向平衡位形中運動的運動軌跡。模擬結(jié)果表明：電流反向平衡位形中，初始位置位于強場側(cè)和弱場側(cè)的氘離子都可能存在軌道損失；電子的運動軌跡幾乎在初始磁面上，不會造成損失；初始位置位于弱場側(cè)靠等離子體邊緣的氘

3、離子，隨著初始角的增大，氘離子運動軌跡由通行粒子軌跡慢慢變成損失的香蕉粒子軌跡然后向外翻香蕉粒子軌跡演化，損失區(qū)間夾在兩個極值點中間；
　　最后，采用蒙特卡羅方法獲得滿足麥克斯韋速度分布的速度樣本，統(tǒng)計電流反向平衡位形中不同初始位置處的粒子損失率以及所有損失粒子的損失位置分布。并進一步統(tǒng)計ITER常規(guī)平衡中，不同徑向位置處的高能氦核粒子損失率以及損失位置分布，計算總的損失率。統(tǒng)計結(jié)果表明：CT-6B裝置電流反向平衡位形中，靠近等離