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.     

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Fokket-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。     

基于三维Fokker-Planck方程的电子回旋波加热与电流驱动模拟

利用反弹平均的三维Fokker-Planck方程,对电子回旋波加热和电流驱动进行数值模拟.考虑超热电子径向扩散对电流驱动的影响,在方程中加入径向扩散输运项,采用九点格式的中心差分对方程进行数值离散得到系数矩阵,采用不完全LU分解对系数矩阵进行预处理,利用双共轭梯度稳定法求解得到分布函数.在不考虑电子径向扩散输运条件下,得到电子回旋波驱动电流密度与功率沉积密度的分布;考虑径向扩散输运的计算结果与BANDIT3D进行比较,驱动电流分布的趋势基本一致.     

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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。     

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。     

HL-2A装置的LHCD运行区域与驱动电流分布控制

讨论了低杂波电流驱动（LHCD）实验中电流驱动效率、电流分布控制与等离子体参数和入射波谱的关系,以及波的可近性对确定功率沉积分布的作用。讨论了控制电流密度分布的方法及在HL－2A装置上实现中心负剪切位形的可能性。     

HT-7托卡马克中低杂波和离子波恩斯坦波协同作用的数值研究

用隐含5点模式对二维Fokker-Planck方程进行离散化,调用NAG程序库中子函数D03UAF求解该方程,并将求解二维Fokker-Planck方程的code与波的射线轨迹code相结合,根据HT-7托卡马克装置参数,分别对有或没有IBW情况下的等离子体电流的全波驱动和在低杂波和离子伯恩斯坦波协同作用下低杂波的功率沉积分布、驱动电流分布等进行数值模拟研究.结果显示：有IBW情况下的全波驱动电流分布比没有IBW时全波驱动的电流分布区域要广一些,而且驱动的总电流也大一点;在双波协同作用下,全波驱动的等离子体电流空间分布随IBW的频率和n//谱的变化而变化;在两波协同作用下低杂波驱动非感应电流的效率得到了很大的改善.     

高性能自持燃烧的氘氚等离子体

在等离子体密度分布一定的情况下，从电子、离子的能量输运方程出发，对常规剪切和中心负剪切位形下高性能自持燃烧的氘氚等离子体进行了研究.常规剪切下采用与能量约束改善因子H有关的Bohm热传导系数，中心负剪切下采用一个与磁剪切有关的Bohm-gyro-Bohm混合型的热传导系数，并考虑了α粒子反常扩散和动态反馈加热对氘氚自持燃烧的影响.研究结果表明，常规剪切下当H≥3时，才有较大的能量输出，当H接近4时无须动态反馈加热氘氚就能获得自持燃烧；在中心负剪切位形下，等离子体的运行性能更高，有更高的能量输出，一旦氘氚达 关键词： 高性能等离子体 氘氚自持燃烧 中心负剪切     

HL—2A装置LHCD的运行区域与驱动电流分布控制

本文利用低杂波电流驱动（LHCD）的理论和实验结果,讨论了电流驱动效率和电流分布控制与等离子体参量及入射波谱的关系,强调了波传播在确定功率沉积分布区域中的作用,并讨论了控制电流密度分布的方法,探索在HL－2A装置上实现中心负磁剪切位形的可能性。     

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.     

Investigation of lower hybrid current drive during H-mode in EAST tokamak

H-mode discharges with lower hybrid current drive (LHCD) alone are achieved in EAST divertor plasma over a wide parameter range. These H-mode discharges are characterized by a sudden drop in D_α emission and a spontaneous rise in main plasma density. Good lower hybrid (LH) coupling during H-mode is obtained by putting the plasma close to the antenna and by injecting D₂ gas from a pipe near the grill mouse. The analysis of lower hybrid current drive properties shows that the LH deposition profile shifts off axis during H-mode, and current drive (CD) efficiency decreases due to the increase in density. Modeling results of H-mode discharges with a general ray tracing code GENRAY are reported.     

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     

Tokamak中自举电流的剖面准直性

利用Harris模型,通过求解等离子体平衡方程,计算俘获粒子份额,分别对常规剪切和中心负剪切下tokamak中的自举电流的大小和剖面准直性进行了计算和分析.自举电流分布与等离子体平衡电流分布之间的剖面准直性可以通过调整等离子体的密度、温度和电流分布参数,以及描述等离子体形状的拉长度k和三角变形因子d来获得.中心负剪切位形有利于自举电流产生,并有好的剖面准直性.通过计算比较,分别在常规剪切位形下和中心负剪切位形下获得了一组优化的等离子体参数,在这组参数下,自举电流有较大的份额和好的剖面准直性 关键词： tokamak 自举电流 剖面准直性     

On confinement characteristics of the newly developed sawtooth-free plasmas in KSTAR tokamak

Development of advanced scenarios, an important experimental goal of the Korea superconducting tokamak advanced research (KSTAR) project, has just begun. The safety factor (q) profile is a key to achieve these advanced scenarios. Particularly the hybrid scenario, one of the advanced scenarios, can be established generally with low magnetic shear (s) at the center with central q-value above unity so to avoid sawtooth instability. This q-profile was successfully produced using early divertor formation during a plasma current ramp-up phase in KSTAR. Auxiliary heating was also employed during the current ramp-up phase to delay the inductive current diffusion to the center of the plasma. In addition to the early divertor formation method, the target q-profile was attempted to be achieved by modifying the plasma current waveform using the so-called, ‘current-overshoot’ method and the timing of L-mode to H-mode transition. In this work, the confinement characteristics of these sawtooth-free regimes are investigated. The global energy confinement time is calculated and compared with that of conventional H-modes in KSTAR. The confinement enhancement factor reveals that the newly developed discharges are not improved over H-modes contrary to results of other tokamaks. To investigate the reason, transport modeling is performed self-consistently with an integrated simulation package incorporating plasma equilibrium, transport, and heating and current drive. The current ramp-up phase is simulated and impact of early divertor formation, current-overshoot, and early L–H transition on the target q-profile and s/q profile is addressed. The s/q profile is found to be not improved in these discharges compared with hybrid scenarios reported in other tokamaks. Based on these results, future experimental directions are addressed to access the hybrid regimes in KSTAR.     

利用低杂波改善约束的实验研究

介绍了在HT-6M托卡马克上,利用双低杂波的组合,成功地实现了准稳态的高约束模式运行. 能量约束时间提高两倍以上,粒子的约束在较高密度下依然改善3倍以上.通过应用波扩散及 电流径向扩散方程计算低杂波电流传播的方法,对一组典型的数据进行数值模拟.计算表明 ,在HT-6M低杂波实验中,由于纵场较低,密度较高,低杂波的能量沉积在离磁轴较远的位 置,使等离子体电流密度分布成为反剪切位形,内部输运垒地形成,大大提高了等离子体的 约束状况.实验数据也给出了反剪切的证据. 关键词： 托卡马克 低杂波 约束改善     

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...