托卡马克装置中线性撕裂模主动控制的理论研究

The tearing mode (TM) is one of the most important magnetohydrodynamic (MHD) instabilities in fusion devices. The TM can enhance the radial energy transport and then lead to the deterioration of the confinement. Even it caused the disruption of the device by interaction between magnetic islands of the different poloidal mode numbers. In order to achieve the stabilization of the TM before the magnetic island growing up. In this project, we will systematically study of the influence of active feedback control on the stabilization of the linear TM by running MARS-F code. And the optimized control scheme will be given. Using the numerical method can calculate that the suppression of the linear TM by the feedback control system which by influencing the inner solution or the outer solution of the so-called stability parameter. Theoretically, the stability parameter of the linear TM will be modified by the proportional differential feedback control system. The effective control scheme of the stabilization of the linearTM is given by comparing with the numerical results. In addition, this project will be to numerical study of the feedback coils on the stabilization of the linear TM for the HL-2M device. We hope this work is help for optimization and designation the advanced tokamak device such as ITER and CFETR.

在磁约束聚变托卡马克装置中，撕裂模的存在会造成径向能量输运增加，致使整个芯部等离子体约束变差。若不同模数的磁岛相互作用，还会影响等离子体平衡，甚至产生大破裂。为在磁岛增长起来前就实现对撕裂模的抑制，本项目拟数值研究简单比例和比例微分两种反馈控制系统对线性撕裂模的稳定性影响。采用数值方法可计算在主动反馈控制系统的作用下撕裂模不稳定性因子的内区解和外区解，进而深入理解线性撕裂模主动控制的物理机制。解析工作上，扩展比例微分反馈控制系统对撕裂模不稳定性因子的修正，并与数值结果进行对比分析，给出线性撕裂模的有效控制方案。装置的引用上，给出HL-2M装置上抑制线性撕裂模的优化主动控制方案。为未来先进托卡马克装置（例如ITER，CFETR）中撕裂模的抑制提供有价值的参考。

在磁约束聚变托卡马克装置中，撕裂模的存在会造成径向能量输运增加，致使整个芯部等离子体约束变差。本项目的目的是要在磁岛增长起来前就实现对撕裂模的抑制，该项目主要是采用理论与数值相结合的方法研究电阻等离子体模式的主动控制。通过研究表明，内部反馈线圈和极向传感器组合的反馈控制方案是能够稳定电阻等离子体不稳定性（撕裂模）的最优化方案。在不考虑或考虑有限平衡压力情况下,反馈控制可以部分或完全稳定撕裂模。同时，研究发现电阻等离子体模式的致稳效果主要是通过反馈系统对外部解的修正。当考虑环向曲率效应对模式的影响时，发现反馈系统会导致旋转的撕裂模不稳定性，其部分原因是由于反馈系统与导体壁上涡流的相互作用。通过本项目的研究希望为磁约束核聚变装置的升级改造以及反馈线圈的优化提供理论依据。