電漿平衡的自洽流場分布與剪下流的形成機制研究

《電漿平衡的自洽流場分布與剪下流的形成機制研究》是依託華中科技大學，由劉明海擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：電漿平衡的自洽流場分布與剪下流的形成機制研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：劉明海
• 依託單位：華中科技大學

項目摘要

托卡馬克電漿轉動在電漿穩定性和湍流壓制方面起著極為重要的作用，即使無外部驅動時，實驗發現電漿一直處於轉動狀態（自發旋轉），其物理機制及其空間分布一直是懸而未決的問題。本項目從載流的電漿動量守恆方程出發，把流場效應（慣性項）看成一階小量，旨在揭示歐姆放電下自發旋轉與電漿平衡位型的關聯性，釐清外部驅動前電漿旋轉的空間分布形式（自洽流場），並探討在有外部驅動源（低雜波或者ECR等）的情況下，剪下流形成的可能機制，為控制和壓制一些對反應堆芯來說特別重要的巨觀不穩定性（NTM，RWM等）提供理論依據。

結題摘要

托卡馬克電漿轉動在電漿穩定性和湍流壓制方面起著極為重要的作用，即使無外部驅動時，實驗發現電漿一直處於轉動狀態（自發旋轉），其物理機制及其空間分布一直是懸而未決的問題。本項目先在環坐標系下求解靜態Grad-Shafranov 方程，根據實驗測量數據，並獲得了電漿參數分布（壓強、極向電流，環電流密度等），所得結果與傳統的EFIT平衡模型一致。對於不可壓縮流體，根據廣義歐姆定律，獲得了與靜態平衡相匹配的自洽流場。2維數值結果表明，電漿放電引起的Shafranov位移會導致角向磁場分布的不對稱性，因此安全因子的分布具有2維結構。在環坐標體系下，自洽流場、電流密度、電場的分布與磁場有相似的三維多極場結構特徵，局部存在渦旋場或者電偶極子場，這些多極場結構的激發機制是磁流體結構模式與環效應的耦合協同作用。建立了低雜波對環向轉動速度（考慮平衡流的影響）驅動效應的物理模型，成功解釋了之前實驗上觀察到的剪下流與速度反轉現象；發現剪下流的形成與裝置的電、磁場結構，電漿參數分布等因素密切相關，而且平衡流的作用不可或缺。這些研究工作揭示了歐姆放電下自洽流場與電漿平衡位型的關聯性，釐清了外部驅動前電漿旋轉的空間分布形式（自洽流場）。所獲結果有助於理解外加擾動場與控制撕裂模相互作用、局域徑向電漿流、磁渦旋的物理機制以及相對於橫越傳統的極向磁場的輸運特性。