《低活化鐵素體/馬氏體鋼對聚變裝置雜散場影響研究》是依託中國科學院合肥物質科學研究院，由劉松林擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：低活化鐵素體/馬氏體鋼對聚變裝置雜散場影響研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：劉松林
- 依託單位：中國科學院合肥物質科學研究院
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
低活化鐵素體/馬氏體鋼（RAFM鋼）具有低活化、抗輻照等諸多優點而被認為是聚變堆首選結構材料。然而，RAFM鋼具有鐵磁性，可能引入雜散場且引起波紋度擺動，會使聚變裝置電磁參量呈現畸變，降低電漿性能，導致電漿破裂和部件嚴重損傷，影響裝置的安全運行。因此，研究鐵磁性RAFM鋼部件在聚變裝置中引發的雜散場，對今後聚變堆物理和工程的發展有重要意義。RAFM鋼部件引起的雜散場研究在國內、外研究較少，本申請擬採用數值模擬結合EAST平台進行實驗驗證，獲得RAFM鋼部件在電漿區引起的雜散場大小、分布及規律，為進一步研究此類雜散場效應（如何影響快離子約束、MHD穩定性、離子體放電及高βN穩態運行）和最小化雜散場的方法提供重要的依據，該研究將對今後聚變電漿物理理論研究和工程設計提供重要的理論依據和指導。
結題摘要
低活化鐵素體/馬氏體鋼（RAFM鋼）是聚變堆首選結構材料，然而，RAFM鋼具有鐵磁性，可能引入雜散場且引起波紋度擺動，影響電漿性能。研究鐵磁性RAFM鋼部件在聚變裝置中引發的波紋度與雜散場，獲得波紋度與雜散場在電漿區的大小、分布，為後續研究其雜散場效應具有重要研究意義。主要基於ANSYS軟體，開發有限元電磁模型，進行了一系列的電磁分析，評估了EAST-TBM引起局部波紋度（4.4839%）高於EAST電漿物理要求（δTF＜1%），為此，研究等效TBM模組（Mockup）質量與體積、位置、環向場線圈（TFC）運行電流變化時Mockup引入的波紋度，尋找既滿足EAST物理要求又滿足Mockup實驗目標的方案，結果顯示，相比ITER裝置，Mockup鋼的重量對EAST波紋度的影響更加敏感；當TF運行在設計電流時（14.3077kA），Mockup尺寸減至Pol500*Tor200*Rad270 mm3（~120kg），且位於R2.7m時，在磁面分離點（R=2.3m，Z=0）的波紋度是0.904%，滿足實驗條件要求；然而，目前EAST TFC實際運行在8.2kA（Bt=2T），在這一電流下，局部波紋度仍大於1%。根據以上結果和MAPSE承載能力，設計了在MAPES平台上的實驗方案與對策，給出Mockup的初始位置和質量，且完成了接口設計。EAST的電漿外磁面內本底波紋度達到ITER的水平，進行Mockup實驗將更加有意義，因此，研究了套用鐵磁性外掛程式改善EAST本底波紋場，分析其引進的誤差場，和對快離子波紋損失的影響。通過最佳化，當SS430板安裝在R=2.58m，其圓弧半徑為1.13m，高0.95m，寬為0.3m，厚度為0.025m時，可使等離子區的波紋度幅值達到ITER的標準（δ＜ 0.3%）,通過誤差場研究，發現環向對稱的RAFM鋼部件（如RAFM鋼外掛程式）對聚變裝置雜散場影響較小，可以或略。通過國際合作，在美國 DIII-D裝置上參加模擬的TBM-Mockup對電漿影響的實驗研究，合作發現“TBM Mockup在高密電漿下有較高的效應”的重要現象並報告TBM國際實驗組，作為合作作者提交了實驗總結，聯合發表了論文。
