《托卡馬克刮削層和偏濾器電漿粒子模擬研究》是依託大連理工大學,由桑超峰擔任醒目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：托卡馬克刮削層和偏濾器電漿粒子模擬研究
- 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：桑超峰
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
托卡馬克中刮削層和偏濾器（SOL/DIV）電漿是核聚變研究領域的一個重要課題，直接關係到器壁材料的選擇以及裝置能否長久穩態運行。ELMs可以排除聚變反應產生的氦灰和能量，未來聚變裝置必須採用伴有ELMs 的H模運行方式，但這會對偏濾器靶板的能流負載造成很大壓力，實現偏濾器脫靶是降低能流負荷的最有效方法。針對SOL/DIV中電漿動力學行為，本項目自主開發並行化SOL/DIV 粒子模擬程式，包括兩方面研究內容：1. ELMs 時SOL/DIV 電漿模擬。主要研究不同類型ELMs 時入射到偏濾器靶板的能流和粒子流以及器壁的侵蝕狀況，同時對電漿中的碰撞和輻射效應開展研究。2.偏濾器脫靶動力學模擬研究。採用PIC-DSMC 耦合的方法研究不同碰撞和壁表面帶電粒子的中性化- - 再循環過程在脫靶中起到的作用，以及輻射偏濾器中噴入的氣體量和氣體種類對實現脫靶的影響。
結題摘要
核聚變能是徹底解決能源問題的最有效方案，而最有望實現聚變的裝置極為托卡馬克。偏濾器是托卡馬克放電過程中控制雜質和燃料再循環以及排灰的有效部件，在高功率加熱情況下偏濾器靶板的承熱存在巨大的挑戰，使用物理方法減小入射到靶板的能流和粒子流就變得極其重要。刮削層和偏濾器電漿是當今磁約束核聚變研究領域的一個重要課題，直接關係到器壁材料的選擇和壽命以及聚變裝置能否長久穩態運行。針對托卡馬克刮削層和偏濾器電漿進行數值模擬研究。主要針對三點開展了研究：1. 不同電漿條件下（包括ELMs）入射到偏濾器靶板的能流和粒子流，以及導致的鎢偏濾器靶板的侵蝕。分別開展了一維和二維研究，研究區域包含偏濾器靶板以及靶板縫隙電漿，同時考慮了不同雜質粒子對鎢侵蝕的影響。2. 偏濾器脫靶模擬研究，主要研究脫靶的形成過程，不同原子分子反應對脫靶的影響，以及雜質（包括充入雜質氣體）對實現脫靶的影響。研究中分析了氫離子同分子之間的碰撞、中性粒子之間的碰撞對脫靶的影響，同時分析了注入氬氣和鋰等雜質對實現脫靶的影響。通過本項目研究不同條件下入射到偏濾器靶板的能流、粒子流情況得到鎢靶板的侵蝕，理解脫靶的實現過程，對托卡馬克實驗的最佳化改進提供參考依據和合理建議。3.研究了ELMy H-mode期間燃料在鎢材料中的滯留行為。研究表明當發生ELMs時由於存在離子誘導缺陷，滯留量顯著增加。同時開展了氣泡在鎢材料中的生長行為模擬，研究表明氣泡的級聯碰撞和氣泡內部的高氣壓是導致氣泡生長的主要原因。
