EAST托卡马克长脉冲H模台基平衡和稳定性分析
发布时间：2021-07-03 14:44
托卡马克中高约束模式等离子体经常伴随着周期性爆发的边界局域模现象,带来的瞬态热负荷会对真空室第一壁等结构带来损伤,有效控制边界局域模爆发是下一代磁约束聚变装置面临的重大挑战,理解托卡马克台基等离子体稳定性对有效控制边界局域模有重要意义。EAST托卡马克装置上各种分布测量诊断的发展,为等离子体动理学平衡计算以及后续的台基稳定性分析提供了基础条件。本文主要内容包括EAST托卡马克装置上锂束束发射光谱诊断的介绍以及对边界电子密度分布的测量,利用可见光相机对等离子体最外闭合磁面位置的观测方法,对EAST托卡马克上长脉冲高约束放电条件下的等离子体进行动理学平衡计算并利用ELITE程序分析台基理想线性剥离-气球模稳定性,最后建立物理模型揭示了 E×B流剪切驱动台基低环向模数扭曲/剥离模线性不稳定的物理机制。本文主要研究内容及相应结果概括如下:参与了 EAST托卡马克装置上锂束束发射光谱（Li-BES）诊断系统的建设,目前该诊断系统中APD相机为32×4（径向×极向）道,径向可观测范围约30cm,每一道的径向空间分辨率接近1cm,APD相机的最高采样率可达2MHz。基于碰撞辐射模型,编写了边界电子密...
【文章来源】：中国科学技术大学安徽省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：150 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图１．１托卡马克装置示意图??加上由等离子体电流产生的极向磁场构成螺旋形的约束磁场，并形成环形封闭的??
径向电场剪切增加，会抑制边界湍流输运，边界等离子体温度和密度分布变得更??加陡峭，即自发形成边界输运垒。边界输运垒的形成可以提高芯部等离子体压力，??从而改善能量约束时间。图１．２（ａ）中展示了?Ｌ模和Ｈ模运行条件下，典型的边界??等离子体压力分布。可以看到，边界压力分布在Ｈ模条件下更加陡峭，同时伴??随着较大的边界电流峰值，如图１．２（ｂ），这也为边界局域模的爆发提供了自由能。??３?Ｐｌａｓｍａ?＾?１?Ｉ??ａ?Ｐｒｅｓｓｕｒｅ?Ｐｅｄｅｓｔａｌ??、?Ｐｌａｓｍａ??ｋ?￣?Ｐｒｅｓｓｕｒｅ?．?？八??Ｈ－ｍｏｄｅ?一?ｖ?／??＾＾＾＾?Ｐｅｄｅｓｔａ．?＿??，ｐｉｍｓｍｍ?Ｃｕｒｒｍｎｔ／／??０?１?０．９?０．９５?１．０??Ｎｏｒｍａｌｉｚｅｄ?Ｒａｄｉｕｓ?｜（７裏＞?Ｎｏｒｍａｌｉｚｅｄ?Ｒａｄｉｕｓ?（ｒ／ａ）??图１．２?（ａ）Ｌ模和Ｈ模典型压力分布比较和（ｂ）Ｈ模典型边界压力分布和不同碰撞率条件下的??电流密度分布。??边界陡峭的压力分布和较大的电流峰值会驱动边界局域模的爆发，这种准周??期的边界不稳定现象会带走边界区域的一部分粒子和能量。这种不稳定性的时间??尺度通常在毫秒量级，并可能会使等离子体能量约束时间减小１０％－２０％［１（）］。边??界局域模爆发释放的热流会对装置第一壁等结构带来损伤，是下一代聚变装置亟??需避免的。同时，边界局域模的爆发会向外释放等离子体粒子，有助于等离子体??排出杂质粒子
径向电场剪切增加，会抑制边界湍流输运，边界等离子体温度和密度分布变得更??加陡峭，即自发形成边界输运垒。边界输运垒的形成可以提高芯部等离子体压力，??从而改善能量约束时间。图１．２（ａ）中展示了?Ｌ模和Ｈ模运行条件下，典型的边界??等离子体压力分布。可以看到，边界压力分布在Ｈ模条件下更加陡峭，同时伴??随着较大的边界电流峰值，如图１．２（ｂ），这也为边界局域模的爆发提供了自由能。??３?Ｐｌａｓｍａ?＾?１?Ｉ??ａ?Ｐｒｅｓｓｕｒｅ?Ｐｅｄｅｓｔａｌ??、?Ｐｌａｓｍａ??ｋ?￣?Ｐｒｅｓｓｕｒｅ?．?？八??Ｈ－ｍｏｄｅ?一?ｖ?／??＾＾＾＾?Ｐｅｄｅｓｔａ．?＿??，ｐｉｍｓｍｍ?Ｃｕｒｒｍｎｔ／／??０?１?０．９?０．９５?１．０??Ｎｏｒｍａｌｉｚｅｄ?Ｒａｄｉｕｓ?｜（７裏＞?Ｎｏｒｍａｌｉｚｅｄ?Ｒａｄｉｕｓ?（ｒ／ａ）??图１．２?（ａ）Ｌ模和Ｈ模典型压力分布比较和（ｂ）Ｈ模典型边界压力分布和不同碰撞率条件下的??电流密度分布。??边界陡峭的压力分布和较大的电流峰值会驱动边界局域模的爆发，这种准周??期的边界不稳定现象会带走边界区域的一部分粒子和能量。这种不稳定性的时间??尺度通常在毫秒量级，并可能会使等离子体能量约束时间减小１０％－２０％［１（）］。边??界局域模爆发释放的热流会对装置第一壁等结构带来损伤，是下一代聚变装置亟??需避免的。同时，边界局域模的爆发会向外释放等离子体粒子，有助于等离子体??排出杂质粒子
【参考文献】：
期刊论文
[1]Realization of minute-long steady-state H-mode discharges on EAST[J]. 龚先祖,万宝年,李建刚,钱金平,李二众,刘甫坤,赵燕平,王茂,徐旵东,A M GAROFALO,Annika EKEDAH,丁斯晔,黄娟,张凌,臧庆,刘海庆,曾龙,林士耀,沈飙,张斌,邵林明,肖炳甲,胡建生,胡纯栋,胡立群,王亮,孙有文,徐国盛,梁云峰,项农. Plasma Science and Technology. 2017(03)
[2]Q-Band X-Mode Reflectometry and Density Profile Reconstruction[J]. 屈浩,张涛,张寿彪,文斐,王嵎民,孔德峰,韩翔,杨曜,高宇,黄灿斌,蔡剑青,高翔,the EAST team. Plasma Science and Technology. 2015(12)
[3]EAST超导托卡马克[J]. 万宝年,徐国盛. 科学通报. 2015(23)
[4]Density Profile and Fluctuation Measurements by Microwave Reflectometry on EAST[J]. 张寿彪,高翔,凌必利,王嵎民,张涛,韩翔,刘子奚,布景亮,李建刚,EAST team. Plasma Science and Technology. 2014(04)
[5]Development of a Thomson Scattering Diagnostic System on EAST[J]. 臧庆,赵君煜,杨利,胡庆生,贾燕庆,张涛,席晓琦,S.H.BHATTI,高翔. Plasma Science and Technology. 2010(02)
[6]惯性约束聚变[J]. 徐至展. 自然杂志. 1986(01)
本文编号：3262787
【文章来源】：中国科学技术大学安徽省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：150 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图１．１托卡马克装置示意图??加上由等离子体电流产生的极向磁场构成螺旋形的约束磁场，并形成环形封闭的??
径向电场剪切增加，会抑制边界湍流输运，边界等离子体温度和密度分布变得更??加陡峭，即自发形成边界输运垒。边界输运垒的形成可以提高芯部等离子体压力，??从而改善能量约束时间。图１．２（ａ）中展示了?Ｌ模和Ｈ模运行条件下，典型的边界??等离子体压力分布。可以看到，边界压力分布在Ｈ模条件下更加陡峭，同时伴??随着较大的边界电流峰值，如图１．２（ｂ），这也为边界局域模的爆发提供了自由能。??３?Ｐｌａｓｍａ?＾?１?Ｉ??ａ?Ｐｒｅｓｓｕｒｅ?Ｐｅｄｅｓｔａｌ??、?Ｐｌａｓｍａ??ｋ?￣?Ｐｒｅｓｓｕｒｅ?．?？八??Ｈ－ｍｏｄｅ?一?ｖ?／??＾＾＾＾?Ｐｅｄｅｓｔａ．?＿??，ｐｉｍｓｍｍ?Ｃｕｒｒｍｎｔ／／??０?１?０．９?０．９５?１．０??Ｎｏｒｍａｌｉｚｅｄ?Ｒａｄｉｕｓ?｜（７裏＞?Ｎｏｒｍａｌｉｚｅｄ?Ｒａｄｉｕｓ?（ｒ／ａ）??图１．２?（ａ）Ｌ模和Ｈ模典型压力分布比较和（ｂ）Ｈ模典型边界压力分布和不同碰撞率条件下的??电流密度分布。??边界陡峭的压力分布和较大的电流峰值会驱动边界局域模的爆发，这种准周??期的边界不稳定现象会带走边界区域的一部分粒子和能量。这种不稳定性的时间??尺度通常在毫秒量级，并可能会使等离子体能量约束时间减小１０％－２０％［１（）］。边??界局域模爆发释放的热流会对装置第一壁等结构带来损伤，是下一代聚变装置亟??需避免的。同时，边界局域模的爆发会向外释放等离子体粒子，有助于等离子体??排出杂质粒子
径向电场剪切增加，会抑制边界湍流输运，边界等离子体温度和密度分布变得更??加陡峭，即自发形成边界输运垒。边界输运垒的形成可以提高芯部等离子体压力，??从而改善能量约束时间。图１．２（ａ）中展示了?Ｌ模和Ｈ模运行条件下，典型的边界??等离子体压力分布。可以看到，边界压力分布在Ｈ模条件下更加陡峭，同时伴??随着较大的边界电流峰值，如图１．２（ｂ），这也为边界局域模的爆发提供了自由能。??３?Ｐｌａｓｍａ?＾?１?Ｉ??ａ?Ｐｒｅｓｓｕｒｅ?Ｐｅｄｅｓｔａｌ??、?Ｐｌａｓｍａ??ｋ?￣?Ｐｒｅｓｓｕｒｅ?．?？八??Ｈ－ｍｏｄｅ?一?ｖ?／??＾＾＾＾?Ｐｅｄｅｓｔａ．?＿??，ｐｉｍｓｍｍ?Ｃｕｒｒｍｎｔ／／??０?１?０．９?０．９５?１．０??Ｎｏｒｍａｌｉｚｅｄ?Ｒａｄｉｕｓ?｜（７裏＞?Ｎｏｒｍａｌｉｚｅｄ?Ｒａｄｉｕｓ?（ｒ／ａ）??图１．２?（ａ）Ｌ模和Ｈ模典型压力分布比较和（ｂ）Ｈ模典型边界压力分布和不同碰撞率条件下的??电流密度分布。??边界陡峭的压力分布和较大的电流峰值会驱动边界局域模的爆发，这种准周??期的边界不稳定现象会带走边界区域的一部分粒子和能量。这种不稳定性的时间??尺度通常在毫秒量级，并可能会使等离子体能量约束时间减小１０％－２０％［１（）］。边??界局域模爆发释放的热流会对装置第一壁等结构带来损伤，是下一代聚变装置亟??需避免的。同时，边界局域模的爆发会向外释放等离子体粒子，有助于等离子体??排出杂质粒子
【参考文献】：
期刊论文
[1]Realization of minute-long steady-state H-mode discharges on EAST[J]. 龚先祖,万宝年,李建刚,钱金平,李二众,刘甫坤,赵燕平,王茂,徐旵东,A M GAROFALO,Annika EKEDAH,丁斯晔,黄娟,张凌,臧庆,刘海庆,曾龙,林士耀,沈飙,张斌,邵林明,肖炳甲,胡建生,胡纯栋,胡立群,王亮,孙有文,徐国盛,梁云峰,项农. Plasma Science and Technology. 2017(03)
[2]Q-Band X-Mode Reflectometry and Density Profile Reconstruction[J]. 屈浩,张涛,张寿彪,文斐,王嵎民,孔德峰,韩翔,杨曜,高宇,黄灿斌,蔡剑青,高翔,the EAST team. Plasma Science and Technology. 2015(12)
[3]EAST超导托卡马克[J]. 万宝年,徐国盛. 科学通报. 2015(23)
[4]Density Profile and Fluctuation Measurements by Microwave Reflectometry on EAST[J]. 张寿彪,高翔,凌必利,王嵎民,张涛,韩翔,刘子奚,布景亮,李建刚,EAST team. Plasma Science and Technology. 2014(04)
[5]Development of a Thomson Scattering Diagnostic System on EAST[J]. 臧庆,赵君煜,杨利,胡庆生,贾燕庆,张涛,席晓琦,S.H.BHATTI,高翔. Plasma Science and Technology. 2010(02)
[6]惯性约束聚变[J]. 徐至展. 自然杂志. 1986(01)
本文编号：3262787
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