旋轉電漿中中性束注入的數值模擬研究

《旋轉電漿中中性束注入的數值模擬研究》是依託中國科學院合肥物質科學研究院，由王進芳擔任項目負責人的專項基金項目。

基本介紹

• 中文名：旋轉電漿中中性束注入的數值模擬研究
• 項目類別：專項基金項目
• 項目負責人：王進芳
• 依託單位：中國科學院合肥物質科學研究院

項目摘要

電漿旋轉對內部輸運壘(ITB)的形成、電阻壁模(RWM)和新經典撕裂模(NTM)等MHD穩定性都起很重要的作用，雖然目前在很多的裝置上發現了自發旋轉，但中性束注入仍是目前主要的電漿旋轉的驅動源，對電漿旋轉的大小和剖面更準確的模擬將更有利於得到滿足ITER等大型托克馬克裝置所需要的旋轉。本項目主要利用中性束注入的模擬程式NUBEAM結合輸運程式ONETWO，開展自發旋轉電漿中的中性束驅動旋轉的數值模擬研究，重點是模擬分析電漿的自發旋轉、主體參數與束驅動旋轉的關係，特別是電漿邊界條件對旋轉的影響，為電漿輸運研究提供準確的動量源；此外本項目將對高密度電漿中的束注入角度與束驅動旋轉的大小和物理機制進行深入的研究。本項目的實施將有利於精確分析自發旋轉電漿中的輸運，為未來的高密度的托克馬克裝置上的旋轉的理解和預測起到積極的作用。

結題摘要

本項目採用中性束注入程式NUBEAM結合輸運程式ONETWO根據MMM95輸運模型模擬分析了自發旋轉電漿中，背景電漿的自發旋轉、電漿密度、溫度和約束模式對束驅動旋轉的力矩、動量輸運和旋轉大小的影響，同時模擬分析了在高密度自發旋轉電漿中不同中性束注入角度下的束驅動旋轉的力矩、動量擴散率和束驅動旋轉的情況。模擬結果表明：快速的自發旋轉雖然對束在背景電子上的加熱有一定的影響，但是對總的束驅動旋轉沒有太大影響，束驅動旋轉的主要動量源為束與背景電漿的碰撞慢化和捕獲快離子的徑向運動即JxB產生的，且碰撞慢化產生的動量源主要在電漿芯部，而JxB產生的動量源主要在電漿中間；同時，由於碰撞和沉積的增加，束驅動旋轉力矩隨著電漿密度的增大而增大，背景電漿的溫度對總力矩沒有太大影響；束驅動旋轉隨著密度的增大而減小，當儲能不變時，電漿約束模式雖然能降低動量擴散率，但是對束驅動旋轉的影響較小，束驅動旋轉隨著溫度的增加而增大；當切向半徑小於電漿大半徑和小半徑的差值時，注入角度越大越好，注入角度越大，力矩和電漿旋轉就越大，此時的動量擴散率沒有太大變化；當切向半徑超過大半徑和小半徑的差值時，注入角度越大，雖然力矩會增加，但是此時的動量擴散率也隨之增加，電漿旋轉減小。因此在自發旋轉電漿中，為了得到較大的中性束驅動旋轉力矩，應適當增加背景電漿密度；要得到較小的動量擴散率，應儘量提高背景電漿的約束；為得到較大的束驅動旋轉速度，背景電漿的溫度可以適當提高。在高密度自發旋轉電漿中，為了達到最大的電漿旋轉速度，中性束的注入角度應使得束的切向半徑和電漿大半徑和小半徑的差值相當。