反D托卡馬克電漿位形形成機制與模擬研究

《反D托卡馬克電漿位形形成機制與模擬研究》是依託中國科學院合肥物質科學研究院，由段文學擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：反D托卡馬克電漿位形形成機制與模擬研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：段文學
• 依託單位：中國科學院合肥物質科學研究院

項目摘要

反D托卡馬克位形在偏濾器排熱上有天然的優勢，可以很好的解決聚變堆進行功率處理時遇到的挑戰。但目前對這個新的托卡馬克位形的研究還處於起步階段，一些較大的托卡馬克裝置上還沒有開展與此相關的實驗。利用數值模擬的手段研究反D托卡馬克電漿位形可以降低實驗成本和風險。本項目擬利用托卡馬克模擬程式（TSC）開展反D托卡馬克電漿位形建立及演化的數值模擬研究，通過解決反D托卡馬克電漿位形形成時極向場線圈及其電流波形設計，反D電漿位形形成與控制等關鍵問題，闡明反D托卡馬克等離子位形形成機制及控制方法。研究結果不僅有利於進一步證明反D托卡馬克位形的可行性，還可以為在實驗上實現這一位形提供理論支持。

結題摘要

功率處理將會是未來聚變堆要對面的一個具有挑戰性的問題，而採用常規托卡馬克位形設計的聚變堆由於其偏濾器位於高場側，受制於裝置規模的影響，能夠留給偏濾器的空間很小，不利於其處理功率排出問題。而一種具有創新性的反D托卡馬克聚變堆設計，由於其偏濾器處於低場側，就會使偏濾器的空間很大，在處理偏濾器功率排出問題上具有天然的優勢，將大大降低偏濾器靶板上的熱負荷。但要把這種新的電漿位形套用到未來的聚變堆設計上，首先要對在托卡馬克裝置上實現反D托卡馬克電漿位形的可行性進行研究。 為此，我們開展了反D托卡馬克電漿形成機制與控制方法的數值模擬研究。主要研究內容是（1）通過對反D托卡馬克電漿位形下電漿shafranov位移、安全因子、拉長比、三角形變因子、β極限等關鍵參數對反D托卡馬克位形下的約束、MHD不穩定性、能量與離子輸運等的影響，發現了影響反D托卡馬克電漿位形形成的關鍵物理問題；（2）對托卡馬克模擬程式（TSC）進行改進使之能夠進行反D托卡馬克電漿模擬，利用改進的TSC程式，分別得到了限制器和偏濾器下的反D托卡馬克電漿平衡位形，再合極向場線圈設計參數，制定了反D托卡馬克電漿放電模擬方案，並實現了對電漿從放電開始的小圓截面限制器位形逐漸演化為具有大拉長比和負三角形變因子的偏濾器電漿位形的演化過程的模擬；（3）在對反D托卡馬克電漿位形破裂及其控制方法研究時，建立了Halo電流的物理模型，對反D托卡馬克電漿位形下電漿垂直位移事件導致的電漿破裂進行了數值模擬，給出了反D托卡馬克電漿破裂控制與預防的手段與方法。 從數值模擬的角度初步驗證了在托卡馬克裝置上實現反D電漿位形的可行性，並闡明了反D托卡馬克電漿位形形成機制和發展了反D形電漿位形反饋控制和破裂控制方法，為反D托卡馬克電漿物理深入研究和未來反D托卡馬克聚變堆設計奠定了基礎。