先進鎢偏濾器模擬研究

《先進鎢偏濾器模擬研究》是依託中國科學院合肥物質科學研究院，由陳一平擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：先進鎢偏濾器模擬研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：陳一平
• 依託單位：中國科學院合肥物質科學研究院

項目摘要

以國家大科學工程EAST托卡馬克和國家聚變工程實驗反應堆CFETR為研究對象，利用數值模擬研究平台開展先進鎢偏濾器的模擬研究。模擬研究主要內容包括，EAST高加熱功率條件下電漿密度對偏濾器運行機制和鎢雜質禁止的影響；Ne、Ar雜質注入所產生的輻射偏濾器對鎢雜質產生與分布的影響；L-模和H-模條件下邊界層和偏濾器電漿中鎢雜質輸運；不同條件下EAST先進鎢偏濾器鎢雜質產生機制、芯部雜質密度分布與鎢雜質控制等。本項目研究可為EAST先進鎢偏濾器熱流和雜質控制提供理論基礎，為EAST高功率加熱和長脈衝運行實驗計畫和實驗研究提供參考性指導意見。通過對國家聚變工程實驗堆CFETR鎢偏濾器的模擬研究聚變堆條件下鎢雜質的產生機制和鎢雜質濃度分布特性及鎢雜質的控制。本項目研究對於解決ITER偏濾器科學問題，對於國家聚變工程實驗反應堆偏濾器設計都具有重要意義。

結題摘要

目前包括ITER在內的一些核聚變裝置利用鎢作為偏濾器靶板材料。為解決 ITER 偏濾器的科學問題，貢獻於減小 ITER 偏濾器運行風險，國際上一些聚變實驗裝置已開始了有關鎢偏濾器的研究，鎢偏濾器研究在國內外廣泛開展。本項目進行先進鎢偏濾器的模擬研究，對於解決鎢偏濾器的科學問題具有重要意義。本項目模擬研究採用的主要數值模擬工具包括SOLPS-ITER, DIVIMP 和 BOUT++程式等。SOLPS-ITER是由ITER國際組織發布的大型托卡馬克邊界層和偏濾器的數值模擬，本項目利用EAST托卡馬克實驗測量數據進行了SOLPS-ITER模型適用性的研究工作，為廣泛利用SOLPS-ITER和深入開展先進鎢偏濾器模擬打下了良好基礎。SOLPS-ITER模擬中電漿徑向輸運係數具有不確定性，而邊界電漿三維湍流輸運模擬程式BOUT++能計算電漿徑向輸運係數。為更好發揮和拓展SOLPS-ITER在模擬研究中的作用，實現了SOLPS-ITER/BOUT++的連線與耦合。利用DIVIMP/SOLPS模擬了EAST托卡馬克鎢偏濾器H-模非脫靶和部分脫靶條件下鎢雜質的空間分布並進行了比較。利用SOLPS-ITER模擬EAST鎢偏濾器實驗電漿鎢雜質輸運並將鎢離子發射譜與實驗測量進行了比較，顯示了SOLPS-ITER在模擬鎢等重雜質輸運方面的合理性。模擬了Ar雜質注入CFETR偏濾器脫靶的產生過程，為研究Ar雜質注入對鎢雜質分布影響奠定了基礎。模擬了EAST裝置Ar雜質注入和輻射偏濾器條件下鎢雜質的分布，顯示Ar雜質注入對鎢雜質控制的作用。EAST第一壁和偏濾器由不同的材料構成，EAST鎢偏濾器模擬過程中除考慮鎢及所有電荷態離子種類外模擬的粒子種類還包括了鉬和碳雜質的所有電荷態離子。本項目在國際上較早開展了鎢雜質及所有電荷態離子輸運的SOLPS-ITER模擬研究，模擬包括的粒子種類數達當前最大值。部分成果發表在國際核聚變研究頂級學術期刊Nucl. Fusion以及國際電漿物理研究核心期刊Phys. Plasmas, 在重要國際會議上進行了學術交流。