ITER装置中等离子体旋转和反馈控制对电阻壁模影响的数值研究

在托卡马克等离子体中,电阻壁模是非常重要的磁流体不稳定性,特征时间在毫秒量级.对长时间稳态运行下的先进托卡马克,电阻壁模限制着聚变装置的运行参数空间(放电时间和比压),影响经济效益,所以研究电阻壁模稳定性至关重要.本文使用MARS程序,针对ITER装置上9 MA先进运行平衡位形,研究了等离子体旋转和反馈控制对电阻壁模的影响.结果表明,在没有反馈控制时,当比压参数Cβ取0.7,等离子体环向旋转频率达到1.1%的阿尔芬频率时,可以完全稳定电阻壁模;在等离子体环向旋转和反馈控制共同作用时,比压参数Cβ取0.7,反馈增益|G|取0.6时,稳定电阻壁模所需要的等离子体旋转频率为0.2%的阿尔芬频率.可见,单独靠等离子体环向旋转稳定电阻壁模所需的旋转频率较大;而等离子体环向旋转和反馈控制共同作用可以降低稳定电阻壁模的旋转频率临界值,符合先进托卡马克的运行.本文的研究结果对中国聚变工程试验堆CFETR的工程设计和运行具有一定指导意义.     

小环径比锐边界等离子体的扭曲模不稳定性

本文研究了小环径比锐边界等离子体的扭曲模不稳定性,计算结果表明:外导体壳有一定的稳定作用,无论外导体壳存在与否,环状模数n为1的临界β值均为最小,即为最危险的扰动模式,随着环径比例数ε的增大,临界β值开始时增大,在ε=0.7时达到极大值。ε>0.6时高β极限与低β极限下的临界β值几乎相等。 关键词：     

非圆截面托卡马克轴对称模的反馈稳定

通过直接解真空区扰动磁面的边值问题,本文解析地研究了非闭合导壳对托卡马克中轴对称MHD模的反馈稳定性。我们取等离子体截面为椭圆,反馈系统由导壳和主动反馈线圈构成。结果表明,两块放在等离子体上下的导体块有很强的稳定作用;电阻壳可用以抑制高频模式,主动反馈线圈可用以稳定低频模式。 关键词：     

环形轴对称锐边界等离子体的扭曲模不稳定性

本文对任意环径比、任意β值、任意截面形状的轴对称锐边界等离子体,给出了正确的边界条件,导出了无导体壳和存在导体壳两种情况下扭曲模稳定性的能量矩阵,对环向波数n为1,2,3的能量矩阵,给出了可快速、精确积分的具体形式,对不同环径比和不同拉长度b/α的椭圆形、跑道形(包括圆形)截面的等离子体进行了数值计算。计算结果表明,跑道形截面等离子体的临界β值比相应的椭圆形截面的β值高,随着b/α的增大,跑道形截面的临界β值也增加。导体壳有一定的稳定作用。从系统稳定性边缘态的本征矢量来看,存在导体壳时极向扰动的最大分量是模数1的扰动。与J.P.Freidberg和W.Grossmann的工作比较,在环径比为2时,圆截面等离子体的临界β值相差23％,临界q值相差15％。     

非圆截面等离子体MHD不稳定性的研究

本文采用阶跃电流模型研究了非圆截面环电流器等离子体的MHD不稳定性,使札哈洛夫(Zakharov)的工作推广到非圆截面,得到了新的稳定性判据。它指出了椭圆形变,三角形变,电流梯度以及q值(所谓的安全因子)对等离子体的β值的影响。为了得到最大的β值,本文给出了最佳q值公式。对等离子体的不同参数计算了临界β值,并与由局部模判据和气球模的数值计算所得到的结果进行了比较。文中指出,电流梯度的存在是对等离子体β值影响的重要因素;非圆截面等离子体比圆截面等离子体可能得到更高的β值。     

HL-1装置MHD稳定性的研究

利用傅里叶分析和相关分析方法,研究了HL-1装置等离子体MHD不稳定性的特征和抑制不稳定性的若干方法及结果,给出了HL-1装置的稳定运行区域。     

HL-2A装置低参数运行的等离子体边界

因为等离子体最后的封闭磁面（LCFS）最终决定等离子体的截面形状，并且等离子体位形与许多热点的先进托卡马克（AT）和聚变堆课题相联系，例如电流密度的控制、等离子体平衡、刮离层（SOL）、粒子和能量行为、高能等离子体以及MHD不稳定性抑制等，所以目前的托卡马克仍然需要对边界的相关物理进行研究，例如边界确认、等离子体平衡和极向磁通损失等。从控制AT或者研究放电等离子体物理性质来看。获得相对准确的与边界相联系的等离子体平衡性质也是重要的。     

第一届核聚变与等离子体物理理论工作学术交流会报告目录

笼一目、作者(西南物理研究所).-、1.磁约束聚变研究的一些进展李正武2.撕架模的动力理论J卜丁厚昌L 3.非理想电导管等离子体的螺旋不稳定性马腾才宫野刘之景朴 4.有限回旋半径效应对环流器气球模的影响石秉仁隋国芳 5.非圆环流器等离子体的高。气球模不稳定性李芳著石秉仁 6.小环径比锐边界等离子体的扭曲模不稳定性一顾永年 了.线圈对非圆托卡马克等离子体中的轴对称模的稳定化作用王中天 8.场反向位形的等离子体李国炳 9.环形的反场箍缩平衡和稳定张鹏10.电流非单调分布时的电阻流体不稳定性马腾才宫野11.场反向箍缩的有限电阻不稳定性…     

线圈对非圆截面等离子体轴对称模的稳定化作用

本文应用能量原理研究成形线圈系统托卡马克平衡的轴对称不稳定性。线圈对轴对称稳定性的影响,可归结为一组奇异微分积分方程。作为一个例子,我们研究一个线圈的稳定化作用。计算表明,线圈对轴对称模的稳定化是有效的;较好的安排线圈可允许等离子体有较大的拉长,线圈放在等离子体环外侧比放在内侧更有效。同时也研究了导体壁的稳定化作用。     

HL-1装置电流上升段MHD不稳定性

在托卡马克放电的初始阶段,由于存在变化的等离子体电流,一般会出现等离子体电流的趋肤分布,这种分布会导致MHD不稳定性的发展和产生破裂。早期的托卡马克实验,对放电初始阶段的MHD扰动现象做过许多讨论和研究。A1cator-A在电流上升段观测到的大多数破裂发生在q_L=1.6模处,同时观察到MHD扰动模式随时间从高模向低模的发展。电流初始阶段的上升率对平顶段的放电特性也有重大影响,在FT上,只有在等离子体电流上升率为1.2—2.6MA.s~(-1)时,才能实现低q_L的等离子体参数运行。     

用正问题代码求逆问题的尝试

本文介绍了一种用正问题代码通过某种逆过程来求解逆问题的数值目的。我们使用这种目的在平衡代码SWEQU^[1]的基础上开发了一个名为SWSTAB的计算非圆截面托卡马克等离子体竖直不稳定性的程序。利用该程序我们计算了成型线圈条件下,上下不对称等离子体的竖直不稳定性,研究了等离子体形状因子(椭圆半轴比,三角形变)及等离子体与成型线圈之间距离对稳定性的影响,方便地得到了用其它目的不易得到的物理结果。     

CT-6装置上铜壳电流的测量

在托卡马克装置中,导体壳的设置对放电时产生的等离子体起反馈平衡作用。理想导体壳产生的垂直磁场为 其中,Ⅰ为等离子体环电流;R为大半径:α为小半径;β_θ=8πP/Bθα;6为壳半径。 在非理想导体壳(如铜壳、铝壳)情况下,所产生的磁场相对减小。CT-6托卡马克(见图1)的实验中,证实了这种平衡作用的存在。放电时,一旦等离子体产生,铜壳感生电流     

导体壳对电阻磁流体不稳定性的影响

结合HL-1装置的条件,采用撕裂模的准线性理论,研究了托克马克中导体壁对m=2/n=1扰动模的稳定作用。着重研究了导体壁位置,等离子体电流分布,等离子体位形对这种稳定效应的影响。结果表明,共振面的位置与壁的稳定作用有密切关系,存q_a接近于2的位形中,m=2的撕裂模扰动可以被靠近等离子体的导体壁完全抑制。导体壁的稳定效应与等离子体电流分布相联系,在一些现实的电流分布中,只要适当地压低等离子体边界区的电流密度,壁的稳定效应会更加显现出来。     

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通过引入Cap-cyclide坐标和使用Wangerin函数,基于B Bernstein的能量原理,针对位于导体壁中的任意环径比和任意拉长比的非圆截面等离子体,不使用任何近似的方法,求得了等离子体的稳定解析解。进而利用计算机对解析结果进行数值计算,并通过β和稳定系数q的关系,分析和讨论了导体壁对非圆截面等离子体稳定性的影响。     

托卡马克中宏观束-等离子体扭曲模不稳定性研究

本文主要研究了具有单一高能离子分量的托卡马克等离子体扭曲模宏观不稳定性。它基本上模拟了中性束平行注入经过电离和电荷交换后在本底等离子体中维持一个稳恒等离子体流的物理过程。高能和本底都用无碰撞的Vlasov等离子体,并取了低频、小拉莫尔半径极限。由于主要考虑束-等离子体无耗散宏观不稳定性,故可用能量原理来分析。结果表明,高能离子束对本底等离子体的外部模没有影响,只影响内部扭曲模的增长率和扰动振幅。对适当选择的速度剖面,束能够完全稳定体系n≥2,m=1模,与Dunlap线性理论结果相反而与目前实验观测一致。m/n=1/1内部扭曲模增长率在所取得模型下随注入能量β_b,注入功率P_bw,轴上安全因子q(0)和束速度的径向剖面分布参数S的不同而出现增稳、减稳及完全稳定的行为。适当选择S,在q(0)<0.924时,高能束能够稳定m/n=1/1模。 关键词：     

HL-2A装置偏滤器位形研究

1研究方法 等离子体边界是托卡马克平衡运行时等离子体截面的极向磁通函数的等高线，它决定等离子体位形。位形是托卡马克装置实验和工程设计的重要参数，它是由等离子体电流及其分布以及外极向场线圈电流配置共同决定的。     

HL-2A等离子体的控制和边界识别

在托卡马克装置中，等离子体控制是一项重要的基础性工作，是托卡马克装置等离子体能够平衡、正常放电运行重要而基本的条件。这项工作包括等离子体电流、位置、形状、密度、电流分布、q值的控制和等离子体破裂控制等。其中电流、位置和密度的控制是圆截面等离子体的基础性工作；对于非圆截面装置，除了电流、位置和密度的控制之外，形状的识别和控制又是必不可少的基础性工作。这其中等离子体形状的识别和位置控制又是最复杂和最困难的。本论文给出了HL-2A装置等离子体电流和水平位移控制的理论模型和MATLAB仿真结果，并具体介绍了目前HL-2A装置等离子体控制系统的软、硬件组成。     

托卡马克高约束模边缘等离子体不稳定性研究

托卡马克高约束模运行可大幅提高磁约束核聚变等离子体约束品质，该模式下的等离子体不稳定性研究对于控制约束和保护装置有重要意义。本文主要介绍了高约束模及其边缘等离子体不稳定性的研究概况，并重点介绍了中国环流器二号A托卡马克装置上关于高约束模转换、边缘局域模特征和控制方法、台基区不稳定性和台基饱和机制等方面的研究进展。研究结果表明，实验上有望通过粒子和射频波注入等外部激励的方法，影响台基区等离子体湍流，进行控制台基动力学演化以及ELM，实现既保持高约束又降低高热负荷的等离子体稳态运行。     

轴向流对Z箍缩等离子体稳定性的影响

利用理想磁流体力学(MHD)模型对有轴向流参与的Z箍缩等离子体不稳定性进行了分析.对可压缩平板等离子体模型的色散关系进行了推导，讨论了三种不同等离子体状态下的不稳定性增长率.结果显示，等离子体的可压缩性对磁瑞利-泰勒/开尔文-亥姆霍兹(MRT/KH)杂化不稳定性有抑制作用，改善了轴向剪切流对长波长扰动的影响.分析了不同轴向流速度分布对系统稳定性的影响.结果表明，对于峰值相同的不同轴向流，其对不稳定性的抑制效果只依赖于扰动集中区域内速度剪切的大小，与其他位置的速度剪切无关. 关键词： Z箍缩 磁瑞利-泰勒不稳定性 轴向剪切流 MHD方程     

HL-2A托卡马克实验进展和科学创新

中国环流器二号A(HL-2A)托卡马克是中国第一个带偏滤器的大型受控核聚变研究装置.文章综述了在HL-2A托卡马克装置上的重要实验结果.自从HL-2A装置建成以来,有以下3个重要进展:实现了等离子体偏滤器位形放电;等离子体电子温度达到5500万度;实现了具有边缘局域模的高约束(H模)放电.随着HL-2A装置辅助加热能力和先进等离子体诊断等系统的发展,该装置在聚变等离子体物理的若干领域做出了以下创新性的贡献:实验验证了对聚变等离子体输运有重要影响的带状流的三维结构;进一步发展了原创的分子束加料技术,并且成功地应用于等离子体输运研究;用低频调制的电子回旋共振加热(ECRH)对撕裂模进行了有效的抑制,并使约束得到改善;观测到高能电子激发的内部扭曲模和阿尔芬模等新的物理现象.文章还简要介绍了该装置的发展计划及近期要开展的物理实验研究内容.