铁磁性实验包层模块引入的局部误差场、波纹度对高性能等离子体约束效应的研究

ITER实验包层模块（TBM）使用铁磁性的低活化铁素体/马氏体（RAFM）钢作结构材料，其引入局部误差场与局部波纹度对ITER ELMy H-mode等离子约束的敏感性效应（Pedestal结构、等离子体旋转、高能粒子损失等），还缺乏充足的实验数据与理论分析，物理机制不是十分清晰，这些问题对于ITER实现Q=10的目标非常重要，国际聚变界非常重视，已使其变成聚变科学领域的前沿课题，未来中国聚变实验堆也会面临同样的问题。EAST已实现60倍能量约束时间H-mode等离子体放电，使其成为研究TBM局部波纹度、杂散场效应的理想平台。在研究RAFM钢对聚变装置杂散场影响的基础上，基于EAST平台，研究TBM引入的局部杂散场与波纹度效应，掌握其物理机制，决定怎样的TBM局部杂散场与波纹度是可以接受的，对ITER以及中国聚变实验堆等离子物理学的发展与产氚增殖包层实验具有重要研究意义。

这个研究项目是基于EAST平台，研究TBM引入的局部杂散场与波纹度和他们的效应，掌握其物理机制，决定怎样的TBM局部杂散场与波纹度是可以接受的。.研究了应用铁磁性插件改善EAST本底波纹场，分析其引进的误差场。通过优化，当SS430板安装在R=2.58m，其圆弧半径为1.13m，高0.95m，宽为0.3m，厚度为0.025m时，可使等离子区的波纹度幅值达到ITER的标准（δ< 0.3%）,通过误差场研究，发现环向对称的RAFM钢部件（如RAFM钢插件）对聚变装置杂散场影响较小，可以或略。.针对MAPES平台底座连接要求和最大承载重量（20kg），对等效TBM模块进行设计，并对EAST纵场线圈正常运行电流（8kA）下，等效的TBM实验模块在不同位置对波纹度影响进行了预分析，以此提出实验计划和步骤，对等效的TBM实验模块上磁化力进行了评估，确保连接机构的可行性；为了便于专业程序模拟，通过电磁分析找出等效螺线管线圈参数，可用其模拟等效的TBM实验模块产生的附加磁场。.对MAPES进行了改造，使得MAPES主要技术指标等效TBM模块要求负载能力（20-30kg）和稳定性，样品杆送样速度1-15mm/s可调，最大样品直径500mm，具备一定的样品加热、水冷能力及气体注入能力。MAPES系统增加了可见光谱诊断系统。等效的TBM实验模块被加工并安装在MAPES上进行了测试，为开展实验提供保证。.基于中国工程实验堆和水冷陶瓷包层设计方案，用静态电磁分析手段对包层引入的波纹度和误差场被评价，发现包层在空间中产生了额外的磁场，并且增加波纹度。外磁面线上的波纹度最大值达到了0.53%，高于0.3%的允许值。同时分析了包层引起的误差场，B_(3-mode)⁄B_t0 达到了0.003，超过了设计允许范围。