《先進托卡馬克中通行高能離子驅動魚骨模的數值模擬》是依託大連理工大學,由王豐擔任醒目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：先進托卡馬克中通行高能離子驅動魚骨模的數值模擬
- 依託單位：大連理工大學
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：王豐
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
托卡馬克是目前最有希望的可控核聚變裝置，實現穩態運行是其中的關鍵，也是ITER的首要目標。採用反磁剪下或者弱磁剪下的穩態運行模式（先進運行方案）是托卡馬克最終用於發電的可行方案。先進運行模式由於電流剖面與標準運行模式有較大差異，所對應的磁流體不穩定性及其與高能粒子相互作用特性與標準方案存也存在很大區別。魚骨模是高能粒子與磁流體相互作用引起的巨觀不穩定性，會引起大量高能粒子損失。理解先進放電模式下魚骨模不穩定性物理特徵對於托卡馬克的穩態運行方案研究有重要意義。本課題擬結合國內實驗裝置HL-2A，針對由中性束注入的通行離子激發魚骨模不穩定性的現象，深入開展數值模擬研究。利用磁流體力學和迴旋動理學混合模擬程式M3D-K分析在先進托卡馬克運行方案下的魚骨模不穩定性及其非線性演化。本課題主要研究目標是緊密結合實驗，開展切合實際的數值模擬，為實驗結果的分析、解釋及將來的實驗規劃提供有實際意義的參考。
結題摘要
托卡馬克是目前最有希望實現的可控核聚變實驗裝置，快粒子相關物理是實現穩態運行的關鍵。理解弱磁剪下和反磁剪下下磁流體不穩定性與高能粒子相互作用對於托卡馬克的穩態運行方案研究有重要意義。本課題緊密結合托卡馬克國際上NSTX和國內HL-2A托卡馬克裝置，深入開展弱磁剪下下快粒子驅動魚骨模的數值模擬工作。利用磁流體力學和動理學混合模擬程式M3D-K分析在穩態運行方案下的魚骨模不穩定性以及魚骨模的非線性演化，並開發了魚骨模線性穩定性分析程式dwk++。在NSTX中，通行快粒子在魚骨魚線性驅動的階段比捕獲粒子更加重要，貢獻了驅動模式的再部分能量，而在非線性階段，由於模式頻率向下掃頻，捕獲粒子則貢獻了非線性階段的主要能量，最終帶來通行粒子和捕獲粒子的分布函式的重新分布。研究結果表明通行粒子驅動的魚骨模可能分為高頻和低頻分支，分別對應通行粒子p=0 和p=-1兩種不同的共振條件。對於高頻魚骨模，模式的共振條件比較容易滿足，在目前托卡馬克參數下粒子有限軌道寬度並不會對模式有顯著影響，快粒子的空間分布對該模式有至關重要的影響。對於低頻魚骨模，p=0和p=-1的共振都不可忽略，同時快粒子的有限軌道寬度效應以及磁剪下都對模式的不穩定性有關鍵作用。
