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.     

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.     

等离子体中电子弹性散射截面及电导率计算

本文研究了近理想等离子体中的电子弹性散射过程.利用Debye-Hückel模型考虑等离子体环境对电子与离子间相互作用的屏蔽效应.结合分波法计算了不同Debye长度情况下,电子与不同核电荷数离子散射的分波相移和微分散射截面.研究了散射波函数、分波相移和微分截面随等离子体屏蔽参数的变化规律.最后,基于Spitzer公式, 初步讨论了分波法计算的等离子体的电导率与卢瑟福公式计算的电导率之间的区别.     

等离子体中电子弹性散射截面及电导率计算

本文研究了近理想等离子体中的电子弹性散射过程．利用Debye-Htickel模型考虑等离子体环境对电子与离子间相互作用的屏蔽效应．结合分波法计算了不同Debye长度情况下，电子与不同核电荷数离子散射的分波相移和微分散射截面．研究了散射波函数、分波相移和微分截面随等离子体屏蔽参数的变化规律．最后，基于Spitzer公式，初步讨论了分波法计算的等离子体的电导率与卢瑟福公式计算的电导率之间的区别．     

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     

低混杂波电流驱动下注入杂质的输运

在欧姆放电和低混杂波电流驱动条件下,应用激光吹气技术注入金属杂质,用真空紫外谱仪测量了杂质线的辐射,给出了ＨＬ－１Ｍ 装置欧姆等离子体和低混杂波电流驱动等离子体杂质输运的研究结果。用杂质输运程序ＬＢＯ进行数值模拟,得出了等离子体中杂质的扩散系数Ｄ（ｒ） 和对流速度ｖ（ｒ）。在低混杂波电流驱动条件下,等离子体杂质的输运系数相对欧姆放电等离子体杂质的输运系数减小了５０％ 左右。结果表明,在ＨＬ－１Ｍ 装置上低混杂波电流驱动等离子体相对通常欧姆等离子体杂质的约束性能明显得到了改善     

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。     

磁场对螺旋波等离子体波和能量吸收影响的数值研究

本文考察在径向电子数密度呈抛物形分布的情况下,外加稳恒磁场,射频通过螺旋波天线在等离子体中激发电磁波的传播性质.采用线性扰动波假设,数值求解Maxwell方程组,得到80—800 G(1 G=10-4T)磁场条件下等离子体中径向电、磁场强度及能量沉积密度的分布情形.计算结果表明,磁场增大(80→800G)时,螺旋波受到的阻尼较小,可深入等离子体传播;Trivelpiece-Gould(TG)波受到的阻尼增大,在等离子体-真空边界处衰减增强;整体的能量吸收向边界集中.磁感应强度小于100 G时,TG波可深入主等离子体区传播,等离子体径向能量吸收相对均匀.     

等离子体填充金属光子晶体Cherenkov辐射源模拟研究

等离子体填充能够明显提高真空电子器件的效率和功率, 研究等离子体填充器件具有重要的科学价值. 本文基于对等离子体填充金属光子晶体慢波结构色散特性的分析, 利用粒子模拟方法展示了等离子体填充慢波结构中的注波互作用过程. 重点研究了慢波结构中场分布特性、等离子体密度和外部工作条件对频率及输出功率的影响. 研究发现, 填充一定密度等离子体后, 慢波结构内纵向和横向电场强度明显增大, 注波互作用增强, 输出频率受等离子体影响不大. 金属光子晶体结构具有的频率选择特性使器件工作于TM₀₁模态. 阴极电压增加使输出功率增大, 频率略有增加. 引导磁场增加使输出功率先增大后减小, 而频率基本不受影响. 等离子体填充后器件的输出功率上升, 当增加压强至100 mTorr(1 mTorr=0.133 Pa) 时, 输出功率提高约20%, 但只有适当密度下才有较好的角向场分布. 通过理论与模拟相结合, 发现填充一定密度的等离子体能够提高器件输出功率和效率, 为发展新型高功率毫米波振荡辐射源奠定了理论和仿真基础.     

用低杂波驱动电流的等离子体电导率

本文用Liu的低杂波驱动电流模型,导出了弱场近似下低杂波驱动电流的等离子体电导率。结果表明,电导率对磁场B_0,电子密度n_0,以及电子温度T_e非常敏感。而这些参量决定着共振电子的数目和速度。     

离子伯恩斯坦波对低杂波驱动电流影响的研究

利用改进的二维Fokker-Planck方程和低杂波射线轨迹程序研究了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。数值结果显示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。     

托卡马克高场侧低杂波电流驱动模拟研究

利用GENRAY/CQL3D程序研究了EAST装置双零位形下高场侧和低场侧发射低杂波的电流驱动情况.模拟发现,电子密度较小时,高场侧低杂波电流驱动效果不如低场侧.随着电子密度的增加,高场侧低杂波电流驱动的优势逐渐显现,从高场侧发射的低杂波可以将能量沉积在更加靠近等离子体中心的位置.提高环向磁场强度有利于低杂波在高密度条...     

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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.     

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.     

Study of Electron Heat Pulse Propagation and Particle Diffusion During the Synergy of LHW and IBW Heating in the HT-7

A successful experiment on lower hybrid wave (LHW) and ion Bernstein wave (IBW) synergy has been carried out in the HT-7 superconducting tokamak. With 560KW of LHW heating power and 160 KW of IBW heating power, during the synergy of the LHW and IBW experiment we achieved an improved plasma: the electron density increased and peaked, the soft X intensity increased too. A five-channel far-infrared (FIR) hydrogen cyanide (HCN) laser interferometer was used to measure the electron density profile. The particle diffusion coefficient was studied for the experiment, and the result compared with the heat diffusion coefficient. With the same injected LHW and IBW power, high electron density n_e can deduce the electron pulse propagation and the particle diffusion.     

低杂波驱动电流在托卡马克中的分布

本文考虑了大振幅波场对电子的捕获引起的朗道阻尼共振区下限速度下移的机制,并用射线跟踪法计算了低杂波在托卡马克中传播轨迹上的能量沉积。根据能量沉积与低杂波驱动电流的焦耳热效应之间的关系,求出了驱动电流在托卡马克中的径向分布。计算结果与PLT,JFT-2的实验结果符合较好,对HL-1的计算结果也比较令人乐观。 关键词：     

Toroidal current generation by lower hybrid waves in a WT-1 device

A toroidal current driven by a lower hybrid wave (LHW) is obtained by applying RF power to a toroidal plasma produced by electron cyclotron resonance. The direction as well as the magnitude of the current depend on the supplementary vertical and horizontal magnetic fields, which is explained by confinement of current-carrying electrons in a toroidal device.     

托卡马克中ECW对LHW耦合特性的影响研究

托卡马克中电子回旋波(ECW)与低杂波(LHW)协同作用的实验发现,在LHW维持的等离子体中注入ECW将引起LHW反射系数的减小.本中从理论上研究了LHW的耦合特性与天线口等离子体密度的关系,以及ECW注入后使得等离子体密度从芯部向边缘输运的pump-out现象.通过本文的研究,给出了pump-out现象的基本规律,证实了ECW所致的pump-out使得LHW天线口的等离子体密度有所提高,从而改善了LHW的耦合.这一结论得到了相关实验的支持.研究还指出,在双波协同驱动实验的研究中,由于ECW的pump-out导致边缘密度发生改变时,当对协同净增电流进行修正.