托卡馬克電流爬升與穩(wěn)態(tài)運行的集成模擬研究.pdf

1、托卡馬克等離子體放電的過程是一個十分復雜的過程，涉及平衡、磁流體穩(wěn)定性和輸運等方面的研究，這些物理問題的分析和模擬必然需要自洽的整合各種物理過程，比如等離子體平衡、輸運、不穩(wěn)定性以及加熱和電流驅(qū)動。目前國際上托卡馬克等離子體物理研究的一個趨勢就是通過整合已有的程序，使人們能夠比較自洽的綜合研究托卡馬克等離子體的物理問題。集成模擬作為托卡馬克聚變研究的重要組成部分，它對于物理實驗的解釋，物理理論的驗證以及下一代裝置的設(shè)計和建造具有非常重要

2、的意義。本文基于通用原子能公司(GA)為主開發(fā)的OMFIT集成模擬平臺，針對電流爬升與長脈沖穩(wěn)態(tài)放電，發(fā)展了新的集成模型，并且在實驗上對模型進行了驗證。
　　首先，在等離子體電流爬升模擬中首次運用了目前國際上先進的湍流輸運模型TGLF，利用輸運程序ONETWO、TGYRO(TGLF+NEO)和平衡程序EFIT，在OMFIT框架下，發(fā)展了等離子體電流爬升集成模型，并利用DIII-D電流爬升實驗對模型進行了驗證。在歐姆爬升和NBI輔助

3、加熱爬升的不同算例驗證研究中，發(fā)現(xiàn)集成模型在預(yù)測電子和離子溫度剖面及等離子體電流密度分布的演化方面做得相當好，認為這個集成模型可以合理地預(yù)測等離子體溫度和等離子體電流密度的演化。同時，也對這個模型的適用性進行了分析。這個模型能為CFETR及ITER等未來聚變裝置提供良好的前期模擬預(yù)測。
　　長脈沖高約束放電是未來磁約束聚變堆裝置如ITER、CFETR邁出商業(yè)化必須面臨的一個巨大挑戰(zhàn)，也是目前EAST實驗在最近幾年一直在研究和探索的

4、主線目標。針對EAST長脈沖H模實驗，發(fā)展了EAST長脈沖H模集成模型。該模型很好的重現(xiàn)了EAST長脈沖H模放電溫度和電流剖面，計算表明低雜波驅(qū)動的電流是非感應(yīng)電流主要成分(70％)，這與目前世界上其他裝置實現(xiàn)完全非感應(yīng)放電方案是不一樣的。同時也驗證了TGLF-SAT1模型適用于EAST長脈沖H模放電，GENRAY+CQL3D程序計算低雜波也是首次在EAST H模放電中被驗證。在此基礎(chǔ)上，通過改變ECH沉積位置，得出了與實驗一致的結(jié)果，