EAST托卡马克装置中等离子体垂直不稳定性的数值模拟

The vertical instabilities of plasma in tokamaks is a crucial topic of research of controlled magnetic confinement fusion. The numerical simulations of the plasma vertical instabilities can give guidance and are important for both the experiments and theory research of fusion. Our work will focus on the simulations of vertical instabilities in EAST tokamak. We are going to build a coupled model of the Tokamak MHD equations in the plasma region, the integral equation problems in the vacuum region and the Maxwell equations in the conducting wall surrounding the plasma and develop parallel codes for solving the coupled system using finite element method. We expect the numerical results of our codes will be consistent with experiments on EAST tokamak.

托卡马克中等离子体的垂直不稳定性是磁约束核聚变研究的重点和难点，垂直不稳定性的数值模拟对磁约束受控核聚变放电实验以及托卡马克理论研究都有重要的指导意义。本项目拟研究EAST托卡马克中等离子体垂直不稳定性的有限元方法，建立等离子体的托卡马克MHD方程、真空区域磁场积分方程以及等离子体外围导体壁区域中Maxwell方程组的耦合模型，提出耦合系统的有限元方法，开发模拟等离子体垂直不稳定性、真空积分方程计算、等离子体与导体壁相互作用的并行耦合有限元程序。针对EAST托卡马克的放电实验进行大规模数值模拟，以期获得与实验相吻合的数值结果。

托卡马克中等离子体的垂直不稳定性是磁约束核聚变研究的重点和难点，垂直不稳定性的数值模拟对磁约束受控核聚变放电实验以及托卡马克理论研究都有重要的指导意义。本项目主要研究托卡马克中等离子体运动的数值模拟。我们基于微分形式分析了能保证磁感应强度散度为零，求解理想MHD方程组的间断有限元算法并研制了相关程序。研究了求解MHD方程混合有限元方法，以及相应的预条件子的研制。研究了Oseen方程移动界面问题的高阶有限元方法以及相关程序的研制。我们得到的数值算法都具有高阶，高效的特点，在后续托卡马克中等离子体不稳定性的模拟中具有很重要的应用。