EAST中性束注入實(shí)驗(yàn)分析研究.pdf

1、高能中性粒子束注入對(duì)目標(biāo)等離子體的加熱效率比較高，是獲得并維持長(zhǎng)脈沖高性能等離子體的重要實(shí)驗(yàn)工具之一。第一條4MW高功率中性束注入器在EAST2014年夏季等離子體物理實(shí)驗(yàn)中首次投入使用，并取得了較好的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。中性束注入期間，等離子體的溫度、密度、儲(chǔ)能、能量約束時(shí)間、H98Y2因子等都得到了大幅度的提升。對(duì)中性束加熱條件下的等離子體熱輸運(yùn)進(jìn)行分析，能夠模擬計(jì)算出中性束束能的沉積與損失，以及評(píng)估目標(biāo)等離子體的約束性能等。
　　本文

2、首先簡(jiǎn)要的說明了束與等離子體相互作用的基本物理過程，回顧了在世界各大聚變裝置上所做的具有代表性的中性束注入物理實(shí)驗(yàn)。介紹了EAST首套中性束注入器的性能參數(shù)和運(yùn)行使用情況，并列出了與束注入實(shí)驗(yàn)密切相關(guān)的幾種物理診斷。
　　采用TRANSP程序中的NUBEAM模塊，本文對(duì)本輪EAST典型的兆瓦級(jí)高功率中性束注入實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行熱輸運(yùn)分析。計(jì)算結(jié)果表明，大約有70％-80％的束能量能夠被目標(biāo)等離子體有效吸收，20％-30％的束能量會(huì)被損失

3、掉，其中穿透損失為主要的能量損失機(jī)制。由于EAST中性束注入器的切向注入半徑較小，電流驅(qū)動(dòng)的能力相對(duì)較弱，僅能貢獻(xiàn)10％左右的非感應(yīng)驅(qū)動(dòng)電流。對(duì)EAST不同束注入條件下的實(shí)驗(yàn)結(jié)果統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)，中性束加熱和電流驅(qū)動(dòng)的效果會(huì)受到多種物理因素的影響。由中性束注入引起的等離子體儲(chǔ)能的增長(zhǎng)與束注入的功率基本上呈線性增長(zhǎng)關(guān)系。中性束注入下H模放電期間的能量約束時(shí)間是L模放電期間的能量約束時(shí)間的1.5-2倍，H模放電期間的等離子體能夠運(yùn)行到更高的密度空間

4、。
　　在等離子體電流爬升段注入適量功率和能量的中性束有利于改變優(yōu)化等離子體的電流剖面、節(jié)省上升段伏秒數(shù)消耗以及對(duì)等離子體進(jìn)行有效的預(yù)加熱等，是先進(jìn)的等離子體運(yùn)行模式之一。目前，在EAST上已經(jīng)開展了相關(guān)初步的物理實(shí)驗(yàn)研究，并觀察到了較為明顯的中性束預(yù)加熱效果。本文對(duì)EAST典型的中性束預(yù)加熱實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了熱輸運(yùn)分析，重點(diǎn)研究了低密度下中性束注入的能量損失問題。并在此基礎(chǔ)上，提出了“高密度爬升率，逐級(jí)加熱”的中性束預(yù)加熱等離子體物理實(shí)