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利用TORAY程序对电子回旋波的传播轨迹、功率沉积和电流驱动等参数与波束发射位置、发射角度的相互关系进行了数值模拟计算,给出了天线的最佳发射位置和天线平面反射镜在极向和环向转动角度的调节范围,分析了不同入射角对微波功率沉积及驱动电流的影响。     

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。     

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HT-7上用于低杂波电流驱动的相控波导阵天线采用的是标准波导,长和宽都是有限值。在考虑了天线上下排波导之间可能存在的极向相位差以及电磁干扰时,通过数值模拟的方法,分别得到了低杂波在环向方向的平行功率谱和在极向方向的极向功率谱。由于极向波矢的存在,低杂波进入等离子体的入射方向会发生改变。最后在不同极向相位差下对低杂波进入等离子体的入射方向进行了简要的计算和讨论。     

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HT-7上用于低杂波电流驱动的相控波导阵天线采用的是标准波导,长和宽都是有限值。在考虑了天线上下排波导之间可能存在的极向相位差以及电磁干扰时,通过数值模拟的方法,分别得到了低杂波在环向方向的平行功率谱和在极向方向的极向功率谱。由于极向波矢的存在,低杂波进入等离子体的入射方向会发生改变。最后在不同极向相位差下对低杂波进入等离子体的入射方向进行了简要的计算和讨论。     

CFETR低杂波电流驱动数值模拟研究

利用射线追踪和福克-普朗克方程,研究了CFETR上驱动电流和功率沉积对低杂波注入位置和耦合波谱的依赖关系,讨论了边界非线性效应对电流驱动与功率沉积的影响,给出了低杂波平行折射率和低杂波注入位置的一个优化值。初步数值计算表明：边界非线性效应会导致驱动电流降低;不考虑低杂波非线性效应时,驱动电流的差异约为6%左右,小于考虑该效应时的差异(~25%)。     

HL-3装置电子回旋电流驱动的优化计算

利用托卡马克集成模拟与实验分析平台(OMFIT)开展了HL-3装置ECCD驱动效率的研究，分析了ECCD系统发射天线在等离子体环向与极向所成的角度、等离子体密度、电子温度和磁场对驱动电流大小和位置的影响。研究发现，环向角和极向角范围分别为185°～200°、85°～105°时，ECCD电流驱动效率比较高，驱动电流可以覆盖到归一化半径0.4～0.6。研究还发现，电子温度显著影响ECCD电流驱动效率，温度越高驱动电流越大；在弱场侧磁场强度(1.9～2.2T)越小，驱动电流分布归一化半径越小和驱动电流越大。     

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.     

低杂波电流驱动中径向扩散效应的数值模拟

应用改进后的程序详细计算了不同径向扩散系数对低杂波电流驱动剖面分布的影响。通过计算发现:考虑径向扩散效应后,驱动电流分布变平展宽,电流驱动的分布随着扩散系数的增大逐渐向外层移动,由局域性分布演化成非局域性分布;驱动电流的大小和效率随着扩散系数的增大而降低。     

快波与低杂波协同作用的数值研究

在二维Fokker- Planck 方程求解的程序中, 把含有相对论、准线性效应二维快Fokker- Planck 方程的求解子程序与波的射线轨迹程序相结合, 采用了5 点模板对动量空间进行离散化处理, 调用了NAG 库子程序D03UAF 对方程求解。根据FTU 装置的参数, 对LHW 天线不同位置处辐射的功率谱进行了电流驱动的模拟计算, 结果表明: LHW 天线上不同位置处发射的波, 无论有没有FW, 功率的沉积剖面和驱动电流剖面都依赖于天线的位置; 低杂波和快波( LHW+ FW) 双波协同作用下LHW 驱动等离子体电流的效果得到了明显地改善。     

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应用改进后的低杂波电流驱动程序对EAST进行了低杂波电流驱动的数值模拟。通过模拟发现,波注入位置、功率谱、等离子体温度和密度对低杂波的功率沉积和电流驱动剖面分布有很大影响。通过选取合适的低杂波功率谱、等离子体温度和密度,可以实现对其功率沉积和电流驱动剖面分布的控制。     

EAST低混杂波功率沉积和电流驱动剖面控制的数值模拟

对原有的低混杂波电流驱动模拟程序进行改进,使之能够研究EAST上如何控制低混杂波功率沉积和电流驱动分布.在EAST非圆截面的平衡位形下,应用改进后的程序详细计算不同低混杂波功率谱、等离子体密度和温度分布对低混杂波功率沉积位置和电流驱动剖面分布的影响.通过计算发现,选取合适的低混杂波功率谱,等离子体温度分布和密度分布可以对功率沉积位置和电流驱动分布的剖面进行控制;调节等离子体温度分布可以很好的控制低混杂波近轴电流驱动分布和离轴电流驱动分布.     

EAST低杂波电流驱动的数值模拟

应用改进后的低杂波电流驱动程序对EAST进行了低杂波电流驱动的数值模拟。通过模拟发现,波注入位置、功率谱、等离子体温度和密度对低杂波的功率沉积和电流驱动剖面分布有很大影响。通过选取合适的低杂波功率谱、等离子体温度和密度,可以实现对其功率沉积和电流驱动剖面分布的控制。     

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     

Simulation on effect of poloidal power spectrum on lower hybrid wave propagation

The coupling of lower hybrid wave to the plasma is a crucial issue for efficient current drive in tokamaks. This paper establishes a new coupling model which assumes the antenna to be a curved face and the plasma to be a cylinder. Power spectrum considering the coupling between wave-guides in both poloidal and toroidal direction is simply estimated and discussed. The effect of the poloidal wave vector on wave propagation, power deposition and driven current is also investigated with the help of lower hybrid current drive code. Results show that the poloidal wave vector affects the ray tracing, and also has effect on power deposition and driven current. The effect of the poloidal wave vector on power deposition and driven current profile depends on plasma parameters. Preliminary studies suggest that it seems possible to control the current profile by adjusting the poloidal phase difference between the waveguide in poloidal direction.     

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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.     

Optimized calculation of the synergy conditions between electron cyclotron current drive and lower hybrid current drive on EAST

The optimized synergy conditions between electron cyclotron current drive(ECCD) and lower hybrid current drive(LHCD) with normal parameters of the EAST tokamak are studied by using the C3PO/LUKE code based on the understanding of the synergy mechanisms so as to obtain a higher synergistic current and provide theoretical reference for the synergistic effect in the EAST experiment. The dependences of the synergistic effect on the parameters of two waves(lower hybrid wave(LHW) and electron cyclotron wave(ECW)), including the radial position of the power deposition, the power value of the LH and EC waves, and the parallel refractive indices of the LHW(N) are presented and discussed.     

低杂波控制电流分布与改善约束研究

在HT-7超导托卡马克装置上利用低杂波电流驱动有效地控制了等离子体电流分布,并使等离子体约束性能改善。数值模拟与硬X射线测量结果均表明,低杂波的发射功率谱、纵场和等离子体密度对改变等离子体电流分布有明显的影响。在优化低杂波电流驱动实验参数的条件下,等离子体密度、温度分布发生了理想的变化。在电子和离子温度分布上出现了内部输运垒,同时等离子体的能量约束时间和粒子约束时间均有提高。     

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。