EAST中性束注入加熱與電流驅(qū)動(dòng)模擬研究.pdf

1、社會(huì)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(lái)能源危機(jī)的一個(gè)重要手段成為當(dāng)今和平利用核能的一大焦點(diǎn)。EAST托卡馬克作為世界上第一個(gè)全超導(dǎo)非圓截面托卡馬克，其中性束系統(tǒng)正在建造和測(cè)試中，對(duì)束注入加熱與電流驅(qū)動(dòng)的模擬就顯得尤為重要。一方面可以預(yù)言束注入后的加熱與電流驅(qū)動(dòng)效果，另外可以有效分析其作用機(jī)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(jī)制和特點(diǎn)，并指出其優(yōu)缺點(diǎn)。介紹了EAST中性束的

2、設(shè)計(jì)參數(shù)和工作原理，就目前從樣機(jī)的測(cè)試結(jié)果來(lái)看，EAST中性束的高參數(shù)和品質(zhì)，在國(guó)內(nèi)是最優(yōu)良的。同時(shí)也介紹了中性束加熱和電流驅(qū)動(dòng)的基本原理和相關(guān)特征參數(shù)。對(duì)于中性束加熱來(lái)說(shuō)，存在一個(gè)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(shè)計(jì)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(dòng)電流及其修正。
　　 本論文綜合運(yùn)用托卡馬克輸運(yùn)程序ONETWO及蒙特卡羅束模擬程序NUBEA

3、M對(duì)EAST中性束注入后的加熱和電流驅(qū)動(dòng)進(jìn)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(yùn)模型。反常輸運(yùn)模型的引入，使得模擬結(jié)果更加接近真實(shí)的實(shí)驗(yàn)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(dòng)、動(dòng)量傳輸、加料、隨時(shí)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(duì)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(yùn)模型應(yīng)用到ONETWO程序用于EAST中性束注入模擬，這還屬首次。
　　 針對(duì)未來(lái)EAST中性束物理實(shí)驗(yàn)的需要，在EAST不同背景等離子體密度、溫度、縱場(chǎng)強(qiáng)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(yùn)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(yùn)系數(shù)以及密度演化等，通過(guò)對(duì)束注入等離子體后物理過(guò)程和結(jié)果的預(yù)

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(duì)背景等離子體加熱效果的理解。
　　 針對(duì)中性束電流驅(qū)動(dòng)實(shí)驗(yàn)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(dú)加以模擬研究，從而得到EAST中性束驅(qū)動(dòng)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(dòng)電流解析式中的貢獻(xiàn)并不能直觀地看出，對(duì)它們加以研究可以直接指導(dǎo)束驅(qū)動(dòng)電流的物理實(shí)驗(yàn)。
　　 通過(guò)對(duì)EAST中性束加熱和電流驅(qū)動(dòng)的模擬研究