托卡馬克中電子回旋波和高諧快波電流驅(qū)動的研究.pdf

1、為實現(xiàn)托卡馬克高性能穩(wěn)態(tài)運行，托卡馬克中等離子體電流必須用非感應(yīng)電流驅(qū)動產(chǎn)生和控制。電子回旋波電流驅(qū)動和高諧快波電流驅(qū)動是非感應(yīng)電流驅(qū)動中非常重要的兩種方式，因此，利用電子回旋波，高諧快波，以及它們聯(lián)合驅(qū)動等離子體電流是受控核聚變研究中的重要課題。本文結(jié)合托卡馬克裝置，對電子回旋波電流驅(qū)動，高諧快波電流驅(qū)動，電子回旋波和髙諧快波聯(lián)合電流驅(qū)動，以及電子回旋波抑制磁流體不穩(wěn)定性進行了系統(tǒng)的理論和模擬研究。主要成果如下：
　　1、結(jié)合射

2、頻波電流驅(qū)動理論，編寫了準(zhǔn)線性的Fokker-Planck（FPR）程序，并將此程序與其他國際上通用的程序進行Benchmark。利用FPR，研究了HL-2A托卡馬克裝置上的電子回旋波電流驅(qū)動。給出了波的傳播軌跡，功率的沉積，和驅(qū)動電流的分布。研究了電子回旋波電流驅(qū)動中的準(zhǔn)線性效應(yīng)，結(jié)果表明：在考慮的功率范圍內(nèi)，電子回旋波電流驅(qū)動的準(zhǔn)線性效應(yīng)并不明顯；0.5MW/68GHz O1模和1MW/140GHz X2模，最大的電流驅(qū)動效率分別是

3、~0.029×1020 A/W/m2和~0.020×1020 A/W/m2。最后還研究得到等離子體參數(shù)（溫度，密度等），電子回旋波發(fā)射位置對電子回旋波電流驅(qū)動的依賴關(guān)系。
　　2、研究了EAST裝置上的高諧快波電流驅(qū)動。結(jié)果表明，高諧快波電流驅(qū)動效率并不隨波頻率的增加而單調(diào)增加，這個現(xiàn)象歸因于高諧快波的多次吸收。研究還顯示，隨著發(fā)射波平行折射率的增加，電流驅(qū)動效率先增加，后降低；高諧快波電流驅(qū)動中的準(zhǔn)線性效應(yīng)不可忽略，電流驅(qū)動效率

4、隨著射頻功率增加而顯著增加，弧電場的存在也可以提高高諧快波電流驅(qū)動的效率。
　　3、利用GENRAY/CQL3D程序，對高諧快波和電子回旋波聯(lián)合電流驅(qū)動進行數(shù)值分析和計算。對于電子回旋波和較低頻率的快波，發(fā)現(xiàn)無顯著的協(xié)同電流,而對于電子回旋波和高諧快波，正的協(xié)同效應(yīng)在托卡馬克裝置雙波聯(lián)合電流驅(qū)動中首次獲得。正的協(xié)同效應(yīng)可以用電子分布函數(shù)圖形象生動地解釋。結(jié)果還表明，協(xié)同電流和協(xié)同系數(shù)會隨電子回旋波和高諧快波功率的增加而明顯地增加,

5、而且在考慮的波功率范圍內(nèi)沒有負協(xié)同效應(yīng)出現(xiàn)。
　　4、結(jié)合HL-2M裝置，對電子回旋波電流驅(qū)動以及其對撕裂模和鋸齒模的抑制進行了研究。得到了發(fā)射角，驅(qū)動位置等因素對驅(qū)動能力的影響,以及定量地給出了抑制撕裂模所需要的波功率。研究表明:不論是撕裂模的抑制，還是鋸齒模的控制，上斜天線都具有更好的抑制性能。此外，在中平面發(fā)射中，相比于上下發(fā)射鏡，中發(fā)射鏡的電子回旋波能驅(qū)動更大的電流和更窄的電流剖面，因而對撕裂模和鋸齒模控制也更為有利。