托卡马克中性束加热调研及进展

博士研究生黄千红学科专业核技术及应用研究方向核聚变与等离子体物理导师龚学余教授2020/1/23调研报告和研究进展目录1.中性束注入加热及自举电流研究现状2.调研结果3.拟研究内容4.研究目标5.研究进展6.下一步工作磁场环向场极向场环向线圈等离子体电流极向线圈欧姆电流非感应电流自举电流国内外研究现状——等离子体约束加热欧姆加热辅助加热射频波加热中性束加热电子回旋波加热离子回旋波加热国内外研究现状——等离子体加热AlexanderN.etal.,AscopingstudyoftheapplicationofneutralbeamheatingontheTCVtokamak,FusionEngineeringandDesign86(2011)868–871国内外研究现状——中性束加热国内外研究现状——HL-2A上观察中性束注入下产生的粒子输运垒W.W.Xiao(肖维文),1X.L.Zou(邹晓岚),2X.T.Ding(丁玄同),etal.,ObservationofapontaneousParticle-ransportBarrierintheL-2ATokamak,PRL104,2010,215001国内外研究现状--中性束电流驱动A.Polveoi,ITPAworkshop,ACCOME/ASTRANBCDBENCHMARK,8-11,March,2004,Naka,Japan.W.A.Houlberga,K.C.Shaing,S.P.Hirshman,Bootstrapcurrentandneoclassicaltransportintokamaksofarbitrarycollisionalityandaspectratio,Phys.Plasmas,4(9),1997,3230国内外研究现状--本底等离子体自举电流龚学余，石秉仁，张锦华等，Tokamak中自举电流的剖面准直性，物理学报，51卷11期，2002，2547.C.T.Hsu,K.C.Shaing,a)R.P.Gormley,andD.J.Sigmar,Bootstrapcurrentinducedbyfusionbornalphaparticles,Phys.FluidsB4(12),1992,4023国内外研究现状—粒子自举电流调研结果中性束加热已成为重要辅助加热方法之一；自举电流的存在已在实验上得到证实，且已有的研究表明要实现高性能稳态运行自举电流要达到等离子体电流的70%以上。中性束注入加热下等离子体自举电流研究较少，特别是输运垒形成情况下的自举电流研究尚未见到相关报道；自举电流的剖面准直性及电流分布控制问题有待于进一步研究。1.研究中性束在等离子体中的传播和相互作用，研究中性束功率沉积与相关参数（束能量、功率、注入角度等）的关系；2.研究功率沉积对等离子体温度密度分布的影响；3.研究中性束注入加热下产生的快离子自举电流及其影响因素；4.研究中性束注入后总的等离子体自举电流及其影响因素；5.探索利用中性束注入控制自举电流大小和分布，使等离子体电流大小和分布具有好的剖面准直性。拟开展研究内容研究目标通过研究中性束注入加热下与等离子体产生自举电流的相关物理问题，以获得：中性束的功率沉积；产生的快离子自举电流大小、分布及其影响因素的作用情况；等离子体产生的总的自举电流大小和分布及其影响因素的作用情况；探索能否通过调整中性束参数有效改变自举电流大小和分布，在提高自举电流份额的同时具有好的剖面准直性。进展—快离子自举电流Itcanbeseenfromthefigurethatthebootstrapcurrentoffastionsismainlydetermineddominantlybythedragoftheambientparticles.Inaddition,thenetcurrentdensityobviouslydecreasesduetoelectronreturncurrent,atthesametimethepeakofcurrentmovestowardsthecentreplasma.Itisclearthatthebootstrapcurrentdensityincreasesrapidlywithincreasing,while(beamenergy),thatis,thebootstrapcurrentdensityincreasesrapidlywiththeneutralbeaminjectionenergyincreasing.Evb2cbvvFromtheresults,itcanbeseenthatthefastionsbootstrapcurrentdensitiesincreasewiththeinjectionangleincreasing.BootstrapCurrentOfFastIonsInNeutralBeamInjectionHeating,PhysicaScripta(accepted)Refree:Itisfoundthatthenetcurrentdensityincreasesrapidlywiththeinjectedneutralbeamenergy.Thederivationofthegoverningequations,aswellastheirnumericalsolutions,appearstobecorrect,andtheresultsarephysicallyreasonable.Theresultsshouldbeusefulasaguideforfutureexperimentsandtheoreticalinvestigationsoflargetokamaks.进展—总的等离子体自举电流采用NSTX参数初步试算结果，所得结果与文献比较数量级和分布基本接近，计算程序尚在优化中。下一步工作计划1.完善总等离子体自举电流计算程序；2.开展中性束注入等离子体中功率沉积计算；3.研究功率沉积对等离子体温度、密度分布的影响；4.研究中性束参数对自举电流的影响。