超声分子束注入密度和宽度对托克马克装置加料深度的影响

基于HL-2A托卡马克装置的真实磁场位形,应用大型边缘等离子体湍流模拟程序BOUT++中的子程序模块trans-neut对不同的超声分子束注入(SMBI)密度和宽度进行模拟.在SMBI过程中,保持单位时间内分子注入个数和注入速度恒定,在恒定通量情况下,通过调整注入分子束密度和宽度来研究SMBI注入深度的变化.研究结果表明:在注入密度较小、注入宽度较大时,SMBI的注入深度更深,分子和原子的分解率和电离率的时空区域较宽.分子分解局域化会抑制全局分解率的增长,而分解局域化又会引发局域分解率的加速增长,进而促进全局分解率的增长,促进效果占优导致在注入速度一定的情况下,恒定通量的分子注入发散角越小,分子注入深度越浅.     

HL-2A充气弹丸注入加料的数值模拟研究

为了提高 HL-2A 等离子体中弹丸加料深度和加料效率,研制了新型充气弹丸注入加料方法。忽略 充气弹丸非加料包层的烧蚀过程,在 HL-2A 托卡马克位形下,应用 Trans-neut 程序对沉积在径向归一化磁通ψ=0.9 位置处的充气弹丸输运特性及其与本底等离子体自洽的相互作用过程进行了二维数值模拟研究,给出了加料粒子 和本底等离子体剖面的时空演化。发现氘离子在弹丸加料位置的径向内侧沉积、峰化,在径向扩散作用下,芯部 密度不断增加。在加料期间,加料点的离子温度和电子温度降低的区域不断扩展,电子温度剖面在极向上的演化 过程要快于离子温度剖面的演化过程。弹丸沉积位置的归一化分子数密度和径向分布宽度先减小后增加,与加料 处的分子分解源项(即分子密度损失率)先增加而后减小呈负相关。     

Simulations of the effects of density and temperature profile on SMBI penetration depth based on the HL-2A tokamak configuration

Using the trans-neut module of the BOUT++ code, we study how the fueling penetration depth of supersonic molecular beam injection(SMBI) is affected by plasma density and temperature profiles. The plasma densities and temperatures in L-mode are initialized to be a set of linear profiles with different core plasma densities and temperatures. The plasma profiles are relaxed to a set of steady states with different core plasma densities or temperatures. For a fixed gradient, the steady profiles are characterized by the core plasma density and temperature. The SMBI is investigated based on the final steady profiles with different core plasma densities or temperatures. The simulated results suggest that the SMB injection will be blocked by dense core plasma and high-temperature plasma. Once the core plasma density is set to be N_(i0)= 1.4N_0(N_0= 1 × 10~(19)m~(-3)) it produces a deeper penetration depth. When N_(i0) is increased from 1.4N_0 to 3.9N_0 at intervals of 0.8N_0, keeping a constant core temperature of T_(e0)= 725 eV at the radial position of ψ = 0.65, the penetration depth gradually decreases. Meanwhile, when the density is fixed at N_(i0)= 1.4N_0 and the core plasma temperature T_(e0) is set to 365 eV,the penetration depth increases. The penetration depth decreases as T_(e0) is increased from 365 eV to 2759 eV. Sufficiently large N_(i0) or T_(e0) causes most of the injected molecules to stay in the scrape-off-layer(SOL) region, lowering the fueling efficiency.     

先进磁镜装置中径向电场对高能粒子的约束性能研究

本文运用Boris算法对紧凑型聚变反应装置(compact fusion reactor, CFR)中高能a粒子的运动轨道进行了数值模拟,分析了高能a粒子在不同径向电场作用下运动轨道的差异性;探究了不同径向电场对CFR装置中不同位置处a粒子约束性能的影响.研究结果表明,当正、负径向电场强度达到一定临界值时,都能够使高能a粒子很好地约束在CFR装置内部,但不同位置处径向电场强度临界值与a粒子初始条件有关.     

HL-2A上NBI加热H模实验的集成模拟分析

托卡马克等离子体物理过程时空尺度跨度大,不同空间区域(如芯部、台基区、刮削层、靶板区)的主要物理过程不同,因此需要采用系统集成方法开展全域多时空尺度物理问题分析.为了更加深入地研究托卡马克等离子体放电实验的稳态运行及爬升期间的输运与约束过程,通常采用多种物理程序开展集成模拟研究,对放电实验结果进行集成模拟对照,相互验证并进一步开展物理分析.本文基于OMFIT平台,结合HL-2A装置第37012炮高比压放电实验结果完成了集成模拟验证与分析,验证了程序的可靠性与适用性.在该流程中,通过选取适当的模型,对实验参数进行了校核与补充,经演化后模拟结果与实验结果比较吻合.在此基础上,本文进一步采用TGLF模型开展了芯部静电漂移波线性不稳定性分析,结果显示NBI离轴加热导致H模约束改善的原因是,该实验在NBI功率沉积位置的ETG不稳定性处于被抑制的状态,输运由ITG不稳定性占据主导,同时输运水平降低至新经典水平.