低活化铁素体/马氏体钢对聚变装置杂散场影响研究

低活化铁素体/马氏体钢（RAFM钢）具有低活化、抗辐照等诸多优点而被认为是聚变堆首选结构材料。然而，RAFM钢具有铁磁性，可能引入杂散场且引起波纹度摆动，会使聚变装置电磁参量呈现畸变，降低等离子体性能，导致等离子体破裂和部件严重损伤，影响装置的安全运行。因此，研究铁磁性RAFM钢部件在聚变装置中引发的杂散场，对今后聚变堆物理和工程的发展有重要意义。RAFM钢部件引起的杂散场研究在国内、外研究较少，本申请拟采用数值模拟结合EAST平台进行实验验证，获得RAFM钢部件在等离子体区引起的杂散场大小、分布及规律，为进一步研究此类杂散场效应（如何影响快离子约束、MHD稳定性、离子体放电及高βN稳态运行）和最小化杂散场的方法提供重要的依据，该研究将对今后聚变等离子体物理理论研究和工程设计提供重要的理论依据和指导。

低活化铁素体/马氏体钢（RAFM钢）是聚变堆首选结构材料，然而，RAFM钢具有铁磁性，可能引入杂散场且引起波纹度摆动，影响等离子体性能。研究铁磁性RAFM钢部件在聚变装置中引发的波纹度与杂散场，获得波纹度与杂散场在等离子体区的大小、分布，为后续研究其杂散场效应具有重要研究意义。主要基于ANSYS软件，开发有限元电磁模型，进行了一系列的电磁分析，评估了EAST-TBM引起局部波纹度（4.4839%）高于EAST等离子体物理要求（δTF<1%），为此，研究等效TBM模块（Mockup）质量与体积、位置、环向场线圈（TFC）运行电流变化时Mockup引入的波纹度，寻找既满足EAST物理要求又满足Mockup实验目标的方案，结果显示，相比ITER装置，Mockup钢的重量对EAST波纹度的影响更加敏感；当TF运行在设计电流时（14.3077kA），Mockup尺寸减至Pol500*Tor200*Rad270 mm3（~120kg），且位于R2.7m时，在磁面分离点（R=2.3m，Z=0）的波纹度是0.904%，满足实验条件要求；然而，目前EAST TFC实际运行在8.2kA（Bt=2T），在这一电流下，局部波纹度仍大于1%。根据以上结果和MAPSE承载能力，设计了在MAPES平台上的实验方案与对策，给出Mockup的初始位置和质量，且完成了接口设计。EAST的等离子体外磁面内本底波纹度达到ITER的水平，进行Mockup实验将更加有意义，因此，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，和对快离子波纹损失的影响。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。通过国际合作，在美国 DIII-D装置上参加模拟的TBM-Mockup对等离子体影响的实验研究，合作发现“TBM Mockup在高密等离子体下有较高的效应”的重要现象并报告TBM国际实验组，作为合作作者提交了实验总结，联合发表了论文。