托卡马克外加共振磁扰动作用下锁模与等离子体响应的综合研究

基本信息
批准号:11775221
项目类别:面上项目
资助金额:66.00
负责人:朱平
学科分类:
依托单位:华中科技大学
批准年份:2017
结题年份:2021
起止时间:2018-01-01 - 2021-12-31
项目状态: 已结题
项目参与者:程时葵,闫星廷,韩瑞,邹志慧,李浩龙
关键词:
动理学效应撕裂模边界局域模控制磁岛共振磁扰动
结项摘要

Resonant magnetic perturbation (RMP) is the non-axisymmetric magnetic field produced by the external control coils near tokamak wall. RMP can significantly influence the plasma instability and transport, and has thus become a generic and effective tool for controlling plasma properties and behaviors in tokamaks. RMP schemes have been commonly adopted in major tokamaks in the world, and have received increasingly more and wide attentions. The most direct effects of RMP are the mode locking and plasma response. However, currently the traditional error field theory is the mostly used model for calculations of mode locking and plasma response, which is based on many unjustified assumptions that are especially not applicable to the modern tokamak operation regimes with high plasma beta and significant component of non-resonant plasma response. As a result, the calculations of mode locking and plasma response based on the traditional error field theory often cannot agree well with simulations or experimental observations. In this project, we plan on extending the current model of mode locking and plasma response to the high beta regimes, and self-consistently including the effects from neoclassical toroidal viscosity (NTV) torque induced by RMPs. Further more, we will apply the new model to the comparative investigation of the mode locking and plasma response in the high beta regimes, as well as the effects from the NTV torque, based on the relevant RMP experimental data from major domestic tokamak experiments.

共振磁扰动(RMP) 是由外部控制线圈在托卡马克装置边界上所施加的非轴向对称磁场, 对等离子体中的不稳定性,输运等均有重要影响。作为一种有效、通用的控制托卡马克等离子体性质和行为的工具,RMP线圈在国际各主流托卡马克装置上均有所配置, 其效应受到越来越多的广泛关注。RMP对托卡马克最直接的物理效应是引起锁模和等离子体响应。然而,目前用以计算锁模和等离子体响应的误差场理论, 有诸多未必合理的假设, 特别不适合当今托卡马克经常运行所在的高比压和非共振效应显著的参数区域。 这使得基于传统误差场理论的锁模和等离子体响应计算往往与模拟和实验结果都难以达到定性或定量上的符合。本项目计划将锁模和等离子体响应的理论和模拟模型推广到高比压参数区,并自洽引入新经典环向粘滞(NTV)力矩效应,进而结合相关托卡马克RMP实验数据,综合考察高比压参数区域锁模与等离子体响应的性质,以及NTV力矩对锁模与等离子体响应的影响。

项目摘要

共振磁扰动(RMP)是由外部控制线圈在托卡马克装置边界上所施加的非轴向对称磁场,对等离子体不稳定性、输运等过程均有重要影响。作为一种有效、通用的控制托卡马克等离子体性质和行为的工具,RMP线圈在国际各主流托卡马克装置上均有所配置,其效应受到越来越多的广泛关注。 RMP对托卡马克最直接的物理效应是引起锁模和等离子体响应。本项目计划将锁模和等离子体响应的理论和模拟模型推广到高比压参数区,并自洽引入新经典环向粘滞(NTV)力矩效应,进而结合相关托卡马克RMP实验数据,综合考察高比压参数区域锁模与等离子体响应的性质,以及NTV力矩对锁模与等离子体响应的影响。本项目按计划分别在理论发展、数值模拟、程序开发三个方面开展研究。 主要进展包括:系统推广发展了自由滑动条件下等离子体响应线性与非线性全时域演化的统一解析理论,对RMP非线性响应导致的NTV力矩效应和转动剖面进行了计算,与KSTAR实验结果可以定量比较;进而,通过NIMROD模拟,计算了RMP响应导致的等离子体平行流动剖面演化,获得的结果与我们推广发展的理论相符合;此外,分别开展了一维理论计算程序和三维NIMROD模拟程序中NTV力矩解析模型计算模块的开发,初步实现磁流体模型与NTV力矩模型在理论计算和数值模拟上的耦合。 本项目研究进展和成果对于定量理解RMP与等离子体相互作用过程, 分析托卡马克锁模和RMP实验结果,设计RMP线圈对托卡马克等离子体性质和行为的控制方案, 提供了更为自洽、准确的理论基础和数值工具。

项目成果
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数据更新时间:2023-05-31

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