EAST装置L-H模转变偏滤器电磁与热载荷分布规律研究

H mode is the main operation mode of the future fusion reactor, which has become a hot topic in theoretical and experimental research on Tokamak. Although a lot of research about L-H mode mutual conversion mechanism has been done, people still cannot understand the mechanism of conversion. Research of the divertor electromagnetic and thermal load distribution of the L-H mode mutual conversion will be beneficial to understand the mechanism of conversion. This project aims to develop the divertor electromagnetic and thermal load distribution of plasma L-H mode mutual conversion on EAST, mainly use TSC code to simulate EAST device L-H mode mutual conversion, adopt the ANSYS software to calculate electromagnetic load space-time distribution on divertor, use the large visual field infrared/visible integrated endoscope system on the EAST to measure the heat load deposition on divertor of L-H mode mutual conversion, at the same time simulate the boundary heat flow with PFCFLUX code. Simulation and experiment results validate each other, the electromagnetic and thermal load space-time distribution on divertor will be acquired. We will explore the optimization of H mode discharge, provides the beneficial reference for H mode discharge optimization and the L-H mode conversion mechanism for EAST and the other tokamaks.

H模是未来聚变堆的主要运行模式，已成为托卡马克理论与实验研究的热点课题。关于L-H模的转变机理已经进行了大量研究，目前仍然不能理解其转变机制，而研究L-H模相互转变时偏滤器电磁与热载荷分布规律将为理解其转变机制提供很好的帮助。本项目拟在EAST上开展等离子体L-H模相互转变时偏滤器上的电磁与热载荷时空分布规律研究，主要采用TSC程序对EAST的L-H模相互转变进行模拟计算，通过ANSYS软件计算偏滤器上的电磁载荷时空分布，通过EAST上的大视场红外/可见集成式内窥镜系统实验测量L-H模相互转变过程中沉积到偏滤器上的热载荷，同时采用PFCFLUX程序进行边界热流数值模拟。模拟结果与实验结果相互验证，获取偏滤器的电磁与热载荷时空分布规律，探索H模放电的优化方法，为EAST及其它托卡马克装置的H模放电优化及L-H模的转变机制提供有益的参考。

本项目以EAST装置为平台，采用了实验测量和数值模拟的方法，对L-H模相互转变时、H模内、等离子体破裂时及高功率条件下的偏滤器靶板热流进行了研究，获得了加热方式及靶板结构对偏滤器靶板热流影响的规律，为EAST的运行提供了一定的依据，主要结果有：. 研究了不同辅助加热下L-H模相互转变时偏滤器靶板热流的变化。L-H转换和H-L转变时偏滤器下外靶板热流有明显的降低和升高，这与SOL特征是吻合的，在研究的低等离子体电流低密度的条件下，LHW引起了比NBI更宽的热流分布。. 但计算结果也表明，L-H相互转换时偏滤器热流的变化，与H模内的热流相比要低得多，并且转换时等离子体电流基本不发生变化，则作用在偏滤器上的电磁力基本可忽略，所以进一步研究了破裂和H模内偏滤器靶板热流的大小和分布特征。. 通过TSC程序模拟了EAST的双零位形放电，结果显示破裂时偏滤器上外靶板的热流最高，达到了7.94MW/m2，是上内靶板热流的1.6倍，下外靶板热流为5.93MW/m2，也是下内靶板热流的1.6倍，同时上外靶板热流是下外靶板的1.33倍，说明了由于靶板结构和材料不同造成的靶板热流不对称性。. 对不同辅助加热模式下ELM时的偏滤器靶板热流分布进行了研究。对于频率小于50 Hz的I型ELMs，单独低杂波加热下，下外靶板的热流分布较宽，出现双峰或多峰的结构；低杂波与中性束注入加热下，下外靶板的热流多数是单峰结构，总体分布相对较窄。单独低杂波加热下，ELMs与ELM-free相比不但峰值热流升高，热流宽度也有较大增加，可解释为ELMs时磁分界面发生了改变，使得SOL展宽，导致了极向热流分布的改变。高功率放电时在下外靶板上的热流超过了4MW/m2，但这并不是下外靶板热流的最高值，因为高温区域温度达到了饱和，无法提取实际温度值进行计算，则在更高功率的情况下，要实现长脉冲运行，必须在无ELMs或小ELMs的模式下。