HL-2M先进偏滤器位形下的VDE特征及缓解的数值研究

Increasing the elongation is benefical for obtaining the high performance plasma, the high elongation has an important significance for the high parameters operation of the tokamak. However, the VDE which is related to the disruption is frequently accompany with the high elongation. The VDE can cause great damage to the machine, having been an important issue for the tokamak operation. During the fusion reactor operation, for mitigating the heating loads on the divertor target plates, the advanced divertor configuration becomes the focus. However, the investigation of the VDE under the advanced divertor configuration is still a vacancy. Investigating the VDE characteristic under the advanced divertor configuration has the important significance for the fusion reactor of the future. The numerical investigation of the distribution of the halo current could provide the great support for the component engineering design of the fusion reactor, this work will explore the analytical method of the halo current distribution, further investigating the characteristic of the distribution under the advanced divertor configuration. On the aspect of the VDE mitigation, the influence of the plasma parameters on the vertical instability of the hot VDE and the restrain effect on the cold VDE of the neutral point, will combine with the advanced divertor configuration to be investigated further.

提升拉长比有助于获得更高参数的等离子体，高拉长对于托卡马克装置高参数运行具有重要意义，然而高拉长比等离子体运行时，常会伴随着垂直位移事件（VDE）的发生。VDE与等离子体破裂息息相关。VDE会对装置造成严重损害，并已成为托卡马克运行的一个重要问题。为了缓解聚变堆运行期间沉积在偏滤器靶板的热负载，先进偏滤器位形的研究已成为热点。然而先进偏滤器的VDE研究在国际上仍是一个空白，研究先进偏滤器位形下的VDE特征对于未来聚变堆而言意义重大。晕（Halo）电流的分布的数值研究可为未来聚变堆相关部件的设计提供有力支持，本课题通过研究晕电流的分布的分析方法，进一步研究先进偏滤器下位形的halo电流分布特点。在VDE缓解方面，等离子体参数对hot VDE垂直不稳定性发展的影响以及中性点(NP)对cold VDE的抑制作用的将结合先进偏滤器位形而被进一步研究。

高拉长比有助于提升托卡马克等离子体性能。然而高拉长比等离子体固有的垂直不稳定性使得其极易在垂直方向失控，从而发生垂直位移事件VDEs现象。VDEs与等离子体破裂息息相关，其会对装置真空室及其内部件造成严重损害，已成为未来聚变堆安全运行的一个亟待解决的问题。与此同时，致力于缓解未来聚变堆运行期间沉积在偏滤器靶板热负载的先进偏滤器位形研究已成为磁约束聚变研究领域的热点之一。先进偏滤器位形下的VDEs特征研究在国际上仍是一个空白。HL-2M是中核集团核工业西南物理研究院正在建设的新一代托卡马克装置，其通过优化极向场线圈布局，等离子体最大拉长比可达1.8，同时具备兼容运行标准偏滤器和先进偏滤器（雪花和tripod）的能力，开展先进偏滤器研究也是HL-2M任务之一。本项目依托HL-2M装置，就其等离子体VDEs期间的halo电流特征开展了分析，研究了高拉长比双零雪花和tripod偏滤器位形下的VDEs特征，进一步开展了先进偏滤器磁拓扑结构对VDEs发展影响和缓解的研究，探索了反三角位形下的VDE特性，研究了等离子体参数扰动对垂直不稳定性的影响，探索了抑制初始垂直不稳定性发展的中性点作用。研究结果显示：HL-2M常规位形的hot VDE期间的峰值halo电流高于cold VDE情况；相较双零常规位形，雪花减位形VDE期间的峰值halo电流份额>标准雪花情况>雪花加情况>Tripod情况；发现电流淬灭期间的峰值halo电流与先进偏滤器位形第二X点位置有如下关系：当第二X点在Z向背离第一X点移动时，峰值halo电流份额随着两X点距离的增加而递减，当第二X点在横向远离第一X点移动时，峰值halo电流随着两X点距离的增加而递增；这些研究对未来聚变堆的高参数安全运行，相关内部件的工程设计，以及堆芯等离子体参数的优化选取，运行空间和运行模式的分析，甚至偏滤器的选择等方面，都具有极其重要的意义。