第四章,等离子体约束和输运.ppt

1、第四章，等离子体约束和输运,引言 实验结果 L-H转换物理 能量约束定标律 粒子输运 动量约束,，引言 一维流体输运方程,密度 动量 能量 极向磁场,非对角项和非扩散项的作用（Wesson4.6.24,4.6.25,Ware pinch effect ）,简单的粒子扩散模型,D=const,边界条件n(a)=0下的解,能量扩散模型,可在电流平顶段取P=IUL计算能量约束时间,一维的能量输运方程,热流 粒子流携带能量 加热功率,内能项 压强项,郑(6.1.3),热扩散系数,热导率,电子和离子的输运,粒子分量的输运方程,电子和离子的输运方程,等离子体内的输运过程,和新经典理论的差距,经典输运,新经

2、典输运,实验结果较新经典理论： 模：电子：大个量级离子：大个量级 模：电子：仍然高离子；接近,将差异归结于反常输运,可能影响输运的微观不稳定性,芯部主要湍流模式,离子温度梯度模 约束电子模 电子温度梯度模,非局域效应（自组织过程）,快时间尺度过程 参量剖面不变性,，实验结果（见石秉仁和Wesson书） 欧姆加热一般结果,新Alcator定标律，在线性欧姆约束区,存在临界密度，其定标律,代入定标率，得到饱和能量约束时间,模运转,实行辅助加热后，能量约束低于定标律的期望，称为模，其特征为低的温度和边界区温度梯度。Goldston定标律,利用,并设q为常数，,更精确的ITER89-P定标律,ASDE

3、X上的模运转 Phys.Rev.Lett.49(1982)1408.,p0.65R/a,电子密度，气流量，偏滤器反射原子流，电子温度，p,p+li/2，比较H和L模,能量约束时间和电子密度，比较H和L模,改善约束模分类,边缘输运垒型ETB:H-mode 内部输运垒型ITB反剪切或弱剪切:ERS,NCS无反剪切:supershot,VH-mode 边缘辐射型:RI-mode,IL-mode,实现模的实验方法,电子回旋波 离子回旋波 中性粒子束注入 低杂波注入 偏压孔栏,H模的共同特征,H或D辐射减弱 边缘粒子流下降 边缘密度涨落减弱 边缘磁场涨落减弱 边缘电场梯度上升,已在托卡马克、串列磁镜、仿

4、星器、球形环上实现,模的特点（ITER选择原因）,鲁棒性，在很多装置的不同条件下得到 对壁的条件要求不高 平的中心密度轮廓，避免杂质和氦灰集中 高密度好的约束，电子离子温度接近 对电流轮廓没特殊要求,ELMs(Edge Localized Modes),DIIID上几种运行模式的边缘电子密度和温度,ELM：MHD触发的弛豫振荡,可导致边缘处快的粒子和能量损失,II型，变形截面,型，压强驱动，对约束影响小,III型，幅度小，电流驱动，对约束影响大,其它ETB改善约束模 ASDEX上用反向中性粒子注入实现的改善约束模,两个方向注入时极向比压随时间变化，不同测量和计算方法,密度剖面随时间变化,电子热

5、输运减少，离子热输运达新经典水平,TEXTOR上的改善I-模 Nucl.Fusion 33(1993)284,实验结果和ITER98定标率的比较,L模和I模电子密度和温度的轮廓,圆截面，孔栏运转，硼化，中性注入,JET上的DT运行中ITB的形成 Phys.Rev.Lett. 80(1998)5544.,这一放电的三乘积达到niTiE = 11021m-3keVs，并产生聚变功率8.2MW，离子输运首次达到新经典水平,径向离子温度轮廓（中性粒子能谱），H，L模比较和时间发展,离子热导和新经典理论比较,JET上DT运行ELM型H模 拟被ITER采用,归一化 线平均ne 中心Te D线 总聚变功率,

6、反剪切和内部输运垒 （ITB）,DIIID中性注入,Tore-Supra低杂波驱动,JT-60,DIIID,DIIID上模和模对比，模的电子热扩散率，离子热扩散率，角动量扩散率都大大降低,TFTR上的反剪切改善约束模(ERS) Phys.Rev.Lett. 7591995) 4417,粒子和离子热扩散达到或低于新经典输运值,两个时刻的q轮廓,转换前后电子密度和压强分布,电流和中性粒子注入功率波形,无反剪切的ITB改善约束模 DIIID硼化后的VH模,能量约束时间为ITER98定标率的3.5倍，高的中心电子密度和离子温度，Zeff接近，无反剪切,ELM是一种边缘区扰动，可能和杂质积累有关,改善L

7、模(ASDEX-U),边缘辐射型改善约束模 TEXTOR94上的RI模 Phys.Rev.Lett. 77(1996) 2487,逆磁能量，加热功率，辐射功率，电子密度，离子温度，增大因子示波图,辐射功率分布,加进1.5%的氖杂质，增加边界区辐射，无功率阈值，无ELM,RI模的特点,高约束，和模一样 高,N=2.1 高密度，0.7-1.2nGR 约束随密度线性增加 准稳态,160E 低q值,2.7,实验结果和,定标律比较,Greenwald密度极限,改善H模(ASDEX-U) Nucl.Fusion,45(2005)617,q01，N2.5，ne/nGW0.85，中心低的磁剪切,放电示波图： 电流 D辐射 中性注入功率 内感 约束增大因子 相对密度,中心密度与平均密度比 约束增大因子与中心密度关系,