托卡馬克中自發轉動的非局域理論與數值研究

《托卡馬克中自發轉動的非局域理論與數值研究》是依託中國工程物理研究院流體物理研究所，由盧志鑫擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：托卡馬克中自發轉動的非局域理論與數值研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：盧志鑫
• 依託單位：中國工程物理研究院流體物理研究所

項目摘要

托卡馬克實現穩態運行的一個重要條件是湍流的抑制及反常輸運的降低。環向流剪下有利於這一目標的實現。在未來的托卡馬克上，中性束不足以產生足夠的環向轉動，自發轉動可能占主導並對改善電漿約束產生重要作用。自發轉動在國外各個裝置、各种放電條件下都被觀察到，在國際上受到了極大關注。另外，自發轉動和太陽中的剪下旋轉、差旋層、大氣中的噴射氣流等自然現象相關，是一個值得研究的基本問題。.首先，本工作擬基於迴旋動理學方程和混合的WKB-全波方法，對現有的波包程式WPC-DW進行升級，求解微觀不穩定性的二維模結構，並分析其對稱性破缺機制和導致的自發動量流。大型粒子代碼GTS將被用於與升級的WPC-DW進行對比。其次，本工作擬對自發力矩相對於各巨觀物理量的定標率進行研究，並基於國內裝置的實驗數據進行分析，為實驗結果的解釋及將來的實驗規劃提供有意義的參考，也為自發轉動在ITER上的作用提供重要依據。

結題摘要

托卡馬克中的環向流剪下對於湍流的抑制及反常輸運的降低極為重要，對於實現穩態運行有重要意義。在未來的托卡馬克上，自發轉動可能成為驅動環向轉動的重要機制，並對改善電漿約束產生重要作用；另外，對於燃燒電漿，快粒子的作用也需要考慮。自發轉動在國外各個裝置都被觀察到，且和太陽中的剪下旋轉、差旋層、大氣中的噴射氣流等自然現象相關，在國際上受到了極大關注，也是一個值得研究的基本問題。首先，本工作基於迴旋動理學方程和混合的WKB-全波方法，對現有的波包程式WPC-DW進行了升級，求解微觀不穩定性的二維模結構，並分析其對稱性破缺機制和導致的自發動量流。大型粒子代碼ORB5被用於與升級的WPC-DW進行了對比。其次，本工作考慮快粒子的影響，就對稱性破缺問題進行了一系列研究，是這個課題最早考慮快粒子物理的研究的工作之一，是對前人關於快粒子非微擾效應和快動量輸運的一個拓展，對於未來燃燒電漿的研究有啟示作用。再者，本工作對自發力矩相對於各巨觀物理量的定標率進行了研究，並基於國際上裝置的實驗數據進行了分析，為實驗結果的解釋及將來的實驗規劃提供有意義的參考，也為自發轉動在ITER上的作用提供重要依據。最後，本工作發展了新的全托卡馬克位形的粒子模擬程式TRIMEG。該代碼基於非結構化有限元方法，可以對複雜的幾何邊界進行處理並進行迴旋動理學的模擬。該程式引起了國內外幾個研究所的極大興趣。