EAST装置H模时的电子热输运系数

研究了在先进实验超导托卡马克(EAST)上,由低杂波(LHW)和离子循环射频(ICRF)加热实现高约束模式(H模)放电的等离子体中的电子热输运情况。通过计算得出,H模相比于L模(低约束模式)电子热输运系数显著下降,特别是在等离子体边缘地区。在典型炮号(33068#、38300#、40823#)中,归一化温度梯度特征长度(R/L_(Te))的阈值应该是3~11。这三炮的约束时间与电子热输运系数相关,当电子热输运系数越大时,约束时间越小。     

电子回旋共振加热期间的电子热输运和约束

采用ONETWO软件对在HL-2A托卡马克上电子回旋共振加热的实验进行分析,研究了ECRH加热期间的电子热输运和约束行为.ECRH引起了等离子体的共振区域电子温度上升,电子热输运系数变大.同时共振区域能量的增加使能量约束变坏,约束模式由一般模式(O模)转变为低约束模式(L模),能量约束时间下降.这些结果将对HL-2A中进一步提高安全运行和电子热输运的研究提供参考.     

EAST高功率NBI下H模放电的初步研究

中性束注入(neutral beam injection,NBI)是加热等离子体、改善等离子体约束性能的一种有效途径。文章对先进超导托卡马克实验装置(Experimental Advanced Superconducting Tokamak,EAST)高功率NBI下H模放电进行了初步实验研究,从等离子体密度、等离子体储能、温度、辐射、D_α信号的爆发等方面分析了等离子体在NBI下进入H模放电的性能改善,同时利用NUBEAM程序对高功率NBI注入能量输运方面进行了初步分析。     

ITG模在托卡马克等离子体反常输运中的作用

依据一种基于流体近似理论构建的简化模型,模拟计算了JET装置中的等离子体输运过程,考察讨论了离子温度梯度(ITG)模在反常输运过程的作用.计算结果表明,在低约束状态下离子的密度梯度整体平缓,反常输运由ITG模主导；当辅助加热功率增大到一定阈值后,在等离子体边缘将产生陡峭的密度梯度,这使ITG模在边缘区域受到强烈的抑制.     

托卡马克边界局域模的初步模拟研究

磁约束核聚变是解决能源危机的最佳方法,托卡马克已经成为受控热核聚变最有可能成功的装置。高约束模式(H模)下自发产生的边界局域模(ELM)在爆发时携带的大量粒子和能量会对装置的第一壁材料造成很大的损坏。因此,本文在分析H模及ELM的基本物理图像和特征基础上,利用BOUT++模拟程序对ELM进行了初步分析,结果发现,抗磁效应能很好地抑制ELM不稳定性的增长率。     

EAST自举电流条件下离散阿尔芬本征模

针对先进实验超导托卡马克(Experimental Advanced Superconducting Tokamak,EAST)装置,本文研究了自举电流和由气球模驱动势阱捕获的离散阿尔芬本征模(α-Induced Toroidal Alfvén Eigenmode,αTAE,α是等离子体压强梯度的标度)的联系;在自举电流条件下,高能量粒子激发αTAE为不稳定模式的情况.理论分析可得自举电流密度大的位置往往存在较大的等离子体压强梯度,而大的等离子体压强梯度很可能诱导产生αTAE.运用磁流体力学模型探讨了在自举电流条件下αTAE存在的特点,发现在小半径方向上自举电流密度较大的区间,集中存在αTAE;运用磁流体力学与回旋动理学混合模型探讨了αTAE被高能量粒子激发为不稳定模式的情况,发现在中性束注入加热等离子体和驱动等离子体电流条件下,当托卡马克中的高能量粒子和αTAE满足波粒共振条件时,αTAE都会被高能量粒子激发为不稳定模式.     

托卡马克等离子体内部输运壁垒中电磁ITG模

内部输运壁垒 ITB(internal transport barrier)的发现是近几年托卡马克实验研究的一项重要进展 ,ITB中微观不稳定性的研究对理解 ITB的作用至关重要。应用平板磁剪切位形和回旋动力学理论 ,通过 Raleigh- Ritz方法数值求解耦合的积分方程组 ,研究了内部输运壁垒区的电磁离子温度梯度 (ITG)模 ,计算中考虑了磁剪切的梯度和非绝热电子响应。结果表明 ,考虑非绝热电子的情况下 ,有限β(等离子体压强 /磁压强 )在极弱磁剪切区对 ITG模的 4个分支有明显的抑制作用 ,而且高阶的 ITG模更易被有限 β所抑制。     

聚变反应堆条件下等离子体中阿尔芬本征模的分析

通过对托卡马克装置的研究,为中国聚变工程试验堆和国际热核聚变反应堆提供了理论和工程技术。本文基于当前主要的托卡马克,运用磁流体力学数值模拟程序和动理学混合模拟程序,探究了不同类型托卡马克装置上的离散型阿尔芬本征模,以及在高能量粒子条件下离散阿尔芬本征模的不稳定性特征,为中国聚变工程试验堆和国际热核聚变反应堆提供理论参考。模拟发现在三类托卡马克装置上,较宽的运行范围内,都存在离散阿尔芬本征模,且这种本征模易受高能量粒子激发成不稳定模式。离散阿尔芬本征模的不稳定性潜在影响未来聚变反应堆的稳态运行。     

CFETR α粒子在纵场波纹扰动下的损失模拟

托卡马克燃烧等离子体中高能α粒子的损失和输运是聚变实验和模拟研究中的关键问题,纵场磁体分立性导致的磁场波纹扰动可能引起显著的α粒子损失.本文利用粒子导心轨道跟踪程序ORBIT和等离子体输运程序TRANSP/NUBEAM针对中国聚变工程实验堆(CFETR)920 MW混杂运行模式参数进行波纹损失相关的数值模拟,分别考虑了α粒子初始分布、稳态慢化分布、不同碰撞率和不同分布剖面模型,得到了损失份额、损失位置以及局域热负荷等信息,结果显示CFETR混杂运行模式下α粒子波纹损失引起的局域热负荷约为0.13 MW/m~2,在聚变堆第一壁安全阈值0.5 MW/m~2允许范围内,本文还分别从物理和工程角度讨论了降低波纹损失的途径.     

托卡马克中的离散阿尔芬本征模

托卡马克中的离散阿尔芬本征模(即αTAE,α是等离子体压强梯度的标度参数)是一种准边缘稳定模式,它们在燃烧等离子体条件下易受高能量粒子激发而演变成为不稳定模式,因之潜在影响托卡马克的稳态运行。本文在(s,α)平衡模型下,探讨了αTAE的存在区域及其相关的稳定性特征,并通过磁流体力学计算以及回旋动理学-磁流体力学混合模模拟来演示多支αTAE的结构特点,且进一步探讨在粒子共振激发下的不稳定现象,另外,在此基础上,结合具体托卡马克装置,分析αTAE在不同条件下的不稳定表现,为后续研究提供有益参考。     

调制托卡马克等离子体电流对H模式行为和径向电场的影响

HT-6M托卡马克装置边界湍流加热时观察到了欧姆相约束的改进,实验中,从低约束模式(L模)向高约束模式(H模)突然转换时的径向电场E的特性和空间结构进行了研究,实验发现,更负的径向电场E是在电流脉冲后0．2ms形成的．同时形成了输运垒．输运垒的特征为：电子温度和电子密度分布的陡化,极向旋转速度和环向旋转速度增加的区域正好位于E,位井中,径向电场E,位井从最外层闭合磁面(LCFS)向内移动．E,位井的位置和深度是与所感应的脉冲电流与欧姆电流的比值有关．在一次放电过程中,L-H转换被多个电流脉冲反复触发．     

HL-2A托卡马克等离子体中的离散阿尔芬本征模

在HL-2A装置上,运用磁流体力学数值模拟程序,探究了在低杂波辅助加热放电方案中,低杂波能量沉积区域内的离散阿尔芬本征模(αTAE,α是等离子体压强梯度的标度)的物理特征;探讨了不同等离子体剖面下,αTAE的分布情况.运用线性回旋动理学和磁流体力学混合模拟程序,研究了中性束注入不同能量的粒子对αTAE的影响;另外,还探究了能量沉积区域内的αTAE被高能量粒子激发成不稳定性的物理特征.通过模拟发现,在该装置上α的值相对较小,αTAE主要分布在负磁剪切区域.在低杂波能量沉积区域内伴有丰富的αTAE,且低杂波能量沉积量越大,αTAE频率越高.此外,在不同等离子体剖面下,大量αTAE被束缚于沿HL-2A托卡马克小半径方向上的不同区域.随着中性束注入粒子能量逐渐增大,αTAE的多支模也被激发成不稳定模式,这种不稳定模式潜在影响托卡马克对等离子体的约束性能.     

ITER中的离散阿尔芬本征模

本文主要研究了ITER稳态运行时的离散阿尔芬本征模的稳定特性。这些磁流体力学本征模是α引起的气球模驱动势阱中的束缚态。其中,α=-q2Rdβ/dr,q是安全因子,β是等离子压强和磁场压强的比值,R和r分别是环形等离子体的大半径和小半径。这些阿尔芬本征模很容易被高能量粒子激发而演变成不稳定模式而影响环形等离子体的约束性能。     

超导托卡马克KSTAR中的离散阿尔芬本征模

超导托卡马克更容易实现高参数稳态运行,逐渐成为磁约束核聚变反应装置的发展趋势。αTAE(α-induced toroidal Alfvén eigenmode)是一种由α(α是一种压强梯度标度)诱导的阿尔芬本征模,容易被高能量粒子激发为不稳定模式,影响托卡马克的稳态运行。在研究的参数条件下模拟发现KSTAR超导托卡马克中αTAE在小半径方向上分布很广,不同的安全因子q位形下KSTAR托卡马克中的αTAE分布的情况也不同,最后探讨了αTAE被高能量粒子激发为不稳定模式的情况。     

托卡马克等离子体中杂质模的研究

利用数值积分方法求解色散方程,研究托卡马克等离子体中杂质模的不稳定效应,分别模拟了不同杂质离子所激发的杂质模在不同参数下的变化情况.结果表明,杂质模驱动的等离子体不稳定性通常随杂质离子的质量和电荷数增大而增大,但也有反常的情况,质量很大的杂质离子可能导致更小的不稳定性.杂质模的激发必须使杂质离子浓度超过一定的阈值,杂质离子越轻,电荷数越低,阈值越大.更强或更弱的磁剪切效应都有利于抑制杂质模的不稳定性.在k_(θρ_s)谱图中,钨(W~(+8))杂质模有更小的谱宽度.     

EAST全超导托卡马克高约束稳态运行实验研究进展

开发安全、清洁的核聚变能,最终解决人类能源危机是聚变科学与技术研究的终极目标. 21世纪初启动建设的国际热核聚变实验堆(ITER)项目,促使聚变能开发朝商业应用迈进了一大步.具有ITER类似结构的托卡马克(Tokamak)磁约束聚变装置开展的等离子体放电实验,成为了现阶段聚变能开发研究的焦点.中国科学院等离子体物理研究所自主设计、建造的全超导托卡马克EAST,面向未来聚变反应堆关键的工程与物理问题开展了大量的探索研究.其中,在关于聚变反应堆能否经济实用地投入商用发电的高约束稳态运行实验研究方面,取得了一系列重大突破.继2012年实现400 s低约束模长脉冲运行、验证系统长脉冲运行能力之后, 2017年EAST又刷新了高约束模等离子体放电运行时间的世界纪录,成为首个具备100 s量级高约束模准稳态运行能力的托卡马克装置,并且首次触及到了磁约束聚变等离子体中最长的时间尺度——粒子平衡时间.为面向反应堆燃烧等离子体第一壁高热负荷承载,高约束边界局域模抑制以及长时间稳态运行控制的工程与物理问题的开拓研究,提供了国际磁约束聚变界最好的实验平台.现已在EAST上开展了钨铜水冷偏滤器、锂化第一壁、射频波电流驱动、弹丸注入、精确磁面位形控制、边界局域模和高热负荷缓解等一系列相关实验,并取得了重要的研究进展.     

JET装置中的多支离散阿尔芬本征模

当前的磁约束聚变装置常常运行在先进托卡马克区域内,先进托卡马克区域内存在负磁剪切。在JET(Joint European Torus)装置运行的参数域里,存在有约束在引发气球模驱动的势井里的多支离散阿尔芬本征模。类似于正剪切的情况,这些离散阿尔芬本征模只有很小的耗散率。由于耗散率很小,所以很容易被高能量粒子激发成不稳定性模式。在实验上已经观察到了很多阿尔芬频谱,这种离散阿尔芬本征模式是一种去理解这些现象的潜在的物理机制。     

直和补模和H-补模(英文)

模M称为直和补的是指M的任何一个子模都有一个是直和项的加补.模M称为H-补的是指,对M的任何一个子模A,都存在一个直和项L,使得A+X=M成立当且仅当M=L+X.本文主要给出了直和补模和H-补模的一些性质刻画.并证明了任何一个直和补模,如果其自同态环H满足Id(H)=S_l(H),则它有一个不可分的分解.     

JET装置运行条件下的阿尔芬波特性研究

JET装置运行在先进托卡马克区域,在先进托卡马克区域内存在着负磁剪切,s<0(s=rdq/dr),在正剪切和负磁剪切下理论上都发现了约束在α(α=-q2Rdβ/dr)引发气球模驱动的势β里的离散阿尔芬本征模(αTAE)。q是安全因子,β是等离子体压力与磁压力之比,R和r分别代表托卡马克的大半径和小半径。这些模式的耗散率都很小,很容易被高能量粒子激发成不稳定性模式。在现行的大型托卡马克(如:DⅢ-D,JET,JT-60U)中实验上已经观察到了许多阿尔芬现象,这种离散阿尔芬本征模式是一种去理解这些实验现象的潜在物理机制。     

代数的交叉模

在李代数交叉模概念的基础上,提出了Lie color代数交叉模的概念.对给定的Lie color代数L,P以及阶化P-模M,考虑L的所有以M为核、以P为余核的交叉模,在这些交叉模之间定义了一个等价关系,证明了等价类集CML(P,L;M)与三阶上同调群H3(P,L;M)的零次齐次部分之间存在一一对应,从而可以利用三维上同调群对Lie color代数的交叉模进行分类.