EAST中性束注入加熱與電流驅(qū)動模擬研究.pdf

1、社會的發(fā)展很大程度上依賴于能源。托卡馬克核聚變作為解決未來能源危機的一個重要手段成為當今和平利用核能的一大焦點。EAST托卡馬克作為世界上第一個全超導非圓截面托卡馬克，其中性束系統(tǒng)正在建造和測試中，對束注入加熱與電流驅(qū)動的模擬就顯得尤為重要。一方面可以預言束注入后的加熱與電流驅(qū)動效果，另外可以有效分析其作用機制從而優(yōu)化注入效率。
　　 本文首先概要介紹了歐姆加熱、射頻波加熱的基本機制和特點，并指出其優(yōu)缺點。介紹了EAST中性束的

2、設計參數(shù)和工作原理，就目前從樣機的測試結(jié)果來看，EAST中性束的高參數(shù)和品質(zhì)，在國內(nèi)是最優(yōu)良的。同時也介紹了中性束加熱和電流驅(qū)動的基本原理和相關(guān)特征參數(shù)。對于中性束加熱來說，存在一個臨界能量εc，高于該束能量以加熱電子為主，而低于束能量以加熱離子為主。EAST中性束設計為加熱離子為主。介紹了由束離子、電子以及背景離子碰撞基本決定的束驅(qū)動電流及其修正。
　　 本論文綜合運用托卡馬克輸運程序ONETWO及蒙特卡羅束模擬程序NUBEA

3、M對EAST中性束注入后的加熱和電流驅(qū)動進行模擬研究。在ONETWO程序中引入了基于回旋朗道流體的GLF23模型和基于ITG模和TEM的Weiland反常輸運模型。反常輸運模型的引入，使得模擬結(jié)果更加接近真實的實驗結(jié)果?；诿商乜_法的NUBEAM中性束模擬程序，考慮了束的幾何參數(shù)、品質(zhì)參數(shù)、功率沉積、電流驅(qū)動、動量傳輸、加料、隨時間演化的快離子沉積和慢化以及損失修正等。ONETWO和NUBEAM的成功集成使得對中性束與托卡馬克等離子體

4、相互作用的研究有了新的方法和途徑，創(chuàng)新性地把反常輸運模型應用到ONETWO程序用于EAST中性束注入模擬，這還屬首次。
　　 針對未來EAST中性束物理實驗的需要，在EAST不同背景等離子體密度、溫度、縱場強度，不同功率、能量中性束注入，不同的放電約束模式，不同的反常輸運模型等單變量變化的條件下，模擬出其同向或（和）反向注入的束功率沉積、功率損失、加熱效果、xe等熱輸運系數(shù)以及密度演化等，通過對束注入等離子體后物理過程和結(jié)果的預

5、言和加熱效果與相關(guān)因素之間的關(guān)系的分析，可以加深束對背景等離子體加熱效果的理解。
　　 針對中性束電流驅(qū)動實驗中較為關(guān)心的不同背景等離子體密度和溫度、不同束能量和功率、不同Zeff、不同注入方式單獨加以模擬研究，從而得到EAST中性束驅(qū)動電流與以上參量的定性和定量關(guān)系。而這些變量在束驅(qū)動電流解析式中的貢獻并不能直觀地看出，對它們加以研究可以直接指導束驅(qū)動電流的物理實驗。
　　 通過對EAST中性束加熱和電流驅(qū)動的模擬研究