电子回旋波与快波协同效应的数值研究

在考虑了电子的反弹平均效应及高能电子的相对论效应下,通过数值求解电子的Fokker-Planck方程,研究了托卡马克等离子体中快波与电子回旋波电流驱动问题。采用九点差分法对方程进行离散,应用近似LU因子分解法对方程进行了数值求解。计算结果表明快波与电子回旋波联合电流驱动具有很强的协同效应,在两波联合电流驱动下,驱动电流大于单波电流驱动之和。     

低杂波电流驱动的数值模拟

通过求解二维FokkerPlanck方程,得到了HT7托卡马克低杂波驱动电流随时间的演化关系及其空间分布,理论值与实验结果基本符合,为HT7托卡马克实验提供了理论依据.通过解电流扩散方程,考虑了快电子的径向扩散效应对驱动电流的影响 关键词： 低杂波电流驱动 数值模拟 径向扩散     

HL－1M低混杂波电流驱动中的径向扩散效应

本文利用低混杂波电流驱动的准线性理论模型，研究了由于磁场的随机涨落而引起的快电子的反常输运对驱动电流分布和驱动效率的影响。结果表明，高能电子径向扩散将使驱动电流分布变平和展宽，同时驱动电流减小。     

托卡马克等离子体不同运行模式下的电子回旋波电流驱动

在给定等离子体密度分布下，从电子、离子的能量方程出发，根据不同运行模式下等离子体的热传导率不同，分别求出了中心负剪切模式，常规剪切H模式和L模式下的等离子体温度分布，然后通过求解波迹方程与相对论情况下的Fokker-Planck方程，分别计算了这些模式下的电子回旋波电流驱动和波功率沉积.得到在中心负剪切下，驱动电流最大，驱动效率最高，功率沉积和电流分布区间跨度大；在常规剪切H模式下，驱动电流较小，分布区间跨度比较窄，驱动效率相对较低；在常规剪切L模式，驱动电流效率最低，分布区间跨度也非常集中. 关键词： 托卡马克 电子回旋波电流驱动 中心负剪切 常规剪切     

HL—1M低混杂波电流驱动中的径向扩散效应

本文利用低温杂波电流驱动的准线性理论模型，研究了由于磁场磁机涨落而引起的快电子的反常输运对驱动电流分布和驱动效率的影响。结果表明，高能电子径向扩散将使驱动电流分布变平和展宽，同时驱动电流减小。     

托卡马克等离子体不同平衡位形下的电子回旋波电流驱动

在给定的等离子体总电流和中心电流密度条件下,数值求解平衡方程,求出不同拉长比和三角形变因子的托卡马克等离子体温度、密度、磁场分布,然后通过求解波迹方程和Fokker-Planck方程,分别计算这些位形下的电子回旋波波迹和电流驱动.结果表明：电子回旋波X模从顶部发射时,随着拉长比的增大,波迹会向弱场侧偏移.电子回旋波X模从弱场侧发射时,电子回旋波在等离子体中传播沉积的功率份额随着拉长比的增大而增加,驱动电流位置随着三角形变因子的增大向等离子体中心移动.驱动电流位置随环向和极向发射角的减小向中心移动,对应的电流密度峰值也变大.     

捕获电子对低杂波与电子回旋波的协同效应的影响

电子回旋波和低杂波的协同效应可有效地提高两只波的电流驱动效率.本文数值研究了捕获电子效应对电子回旋波和低杂波协同的影响.结果显示,随着捕获角的增大,双波协同驱动电流会减小,且协同因子也会明显减小,即捕获角对两只波协同驱动流的影响要比其对单独驱动电流的影响更加敏感.通过加宽低杂波共振区可减弱电子回旋波电流驱动对捕获角的依赖,同时发现随着电子回旋波功率的增加,捕获角对电子回旋波电流驱动的影响也会变小.     

LHCD的径向扩散效应

根据低杂波驱动电流的准线性理论，利用二维Ｆｏｋｋｅｒ－Ｐｌａｎｋ方程模拟程序，求出速度空间扩散的驱动电流，考虑快电子的径向扩散效应对驱动电流的影响，对原有程序加以完善，并ＨＴ－７，ＨＴ－６Ｍ装置进行了大量模拟计算，结果表明，考虑径向扩散后，原有的驱动电流以分变平很宽，并且变得光滑，同时驱动电流明显减小，驱动效率降低，另外，对于不同的径向扩散系数，电流密度的分布也有较大的差异。     

托卡马克等离子体中的电子回旋波电流驱动

通过将波迹方程与相对论情况下的完全Fokker-Planck方程联合进行求解,研究了寻常波基频电子回旋波从托卡马克等离子体中平面弱场侧发射时的电流驱动。数值结果表明:随着等离子体电子密度、温度的提高, 功率沉积和电流分布的位置将向等离子体的边缘方向偏移,并且产生的总的驱动电流随之减小;入射波极向发射角和环向发射角度的改变对功率沉积、电流分布及其大小产生明显的影响。     

托卡马克中快波电流驱动下全波方程的数值求解

用全波方法研究环形对称托卡马克等离子体中离子回旋频率范围内(ICRF)的快波电流驱动(FWCD)问题,考虑有限拉莫尔半径(FLR)效应和平行色散,建立全波计算的物理模型—全波方程,通过对全波方程的数值求解得到快波在等离子体中激发的电场强度分布.结果表明:快波可以传播到高温高密度等离子体的中心;快波在磁轴附近发生了模式转换;快波可以驱动中心的等离子体电流以改善等离子体的平衡位型;平行电场比垂直电场小三个数量级,通过垂直方向的回旋共振和平行方向的穿越期磁泵效应达到驱动电流的目的.     

发射波功率密度对电子回旋波电流驱动的影响

采用高斯光束的研究方法,结合Fokker-Planck方程,在堆级等离子体条件下模拟了发射波功率密度的改变对电子回旋波功率沉积以及电流驱动的影响。结果表明,高功率密度的波束会拓宽功率沉积剖面,使功率沉积的位置略有外移,电流驱动效率略有降低。     

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采用高斯光束的研究方法,结合Fokker-Planck方程,在堆级等离子体条件下模拟了发射波功率密度的改变对电子回旋波功率沉积以及电流驱动的影响。结果表明,高功率密度的波束会拓宽功率沉积剖面,使功率沉积的位置略有外移,电流驱动效率略有降低。     

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用有限拉莫尔半径(FLR)修正的相对论色散关系进行了数值模拟，研究了电子回旋波在高温、高密等离子体的功率沉积，并将计算结果与应用弱相对论Fokker-Planck方程得到的结果进行了比较。结果表明，在高温、高密等离子体中，波功率的吸收非常集中；平行折射率、极向发射位置和发射波频率的变化都会影响波功率沉积的大小和分布；平行折射率变大后，FLR效应会使波的阻尼减少。     

Monte Carlo simulation of lower hybrid current drive in tokamaks

In this paper, we present a method for noninductive current drive studies based on three-dimensional simulation of test particle orbits. A Monte Carlo momentum diffusion operator is developed to model the wave-particle interaction. The scheme can be utilized in studies of current drive efficiency as well as in examining the current density profiles caused by waves with a finite parallel wave number spectrum and a nonuniform power deposition profile in a toroidal configuration space of arbitrary shape. Calculations performed with a uniform power deposition profile of lower hybrid waves for axisymmetric magnetic configurations having different aspect ratios and poloidal cross-section shape confirm the semianalytic estimates for the current drive efficiency based on the solutions of the flux surface averaged Fokker-Planck equation for configurations with circular poloidal cross section. The consequences of the combined effect of radial diffusion, magnetic trapping and radially nonhomogeneous power deposition and background plasma parameter profiles are investigated     

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The synergy current drive by combining electron cyclotron wave (ECW) with lower hybrid wave (LHW) can be used to either increase the noninductive current drive efficiency or shape the plasma current profile. In this paper, the synergy current drive by ECW and LHW is studied with numerical simulation. The nonlinear relationship between the wave powers and the synergy current of ECW and LHW is revealed. When the LHW power is small, the synergy current reduces as the ECW power increases, and the synergy current is even reduced to lower than zero, which is referred as negative synergy in the this context. Research shows that the mechanism of the negative synergy is the peaking effect of LHW power profile and the trapped electrons effect. The present research is helpful for understanding the physics of synergy between electron cyclotron current drive and lower hybrid current drive, it can also instruct the design of experiments.