等離子體約束和輸運(yùn)教學(xué)講義

1、等離子體約束和輸運(yùn)教學(xué)講義，引言一維流體輸運(yùn)方程密度動(dòng)量極向磁場(chǎng)非對(duì)角項(xiàng)和非擴(kuò)散項(xiàng)的作用（Wesson4.6.24,4.6.25,Ware pinch effect ）簡(jiǎn)單的粒子擴(kuò)散模型D=constSrnrrDtn)(pnrnrrD)(邊界條件n(a)=0下的解)4 . 2()()(0000arJnrDJnrnpDaDap8 . 54 . 2222能量擴(kuò)散模型EWPdtdWVTTnWiee)(23可在電流平頂段取P=IUL計(jì)算能量約束時(shí)間一維的能量輸運(yùn)方程熱流粒子流攜帶能量加熱功率aaT23aaT內(nèi)能項(xiàng)壓強(qiáng)項(xiàng)鄭(6.1.3)熱擴(kuò)散系數(shù)熱導(dǎo)率aaan電子和離子的輸運(yùn)QuREjuPquuTnxu

2、Tnt)2123()2123(22)25(1)23(rnTDrTrrrPLPTndtdeeeeeeiRheee)25(1)23(rnTDrTrrrPLPTndtdiiiiieiCXhiii粒子分量的輸運(yùn)方程電子和離子的輸運(yùn)方程等離子體內(nèi)的輸運(yùn)過程和新經(jīng)典理論的差距eierqD2)(eierqD22/3)(2)(etRrqvDeieD2iiii2eeee2經(jīng)典輸運(yùn)新經(jīng)典輸運(yùn)實(shí)驗(yàn)結(jié)果較新經(jīng)典理論：模：電子：大個(gè)量級(jí)離子：大個(gè)量級(jí)模：電子：仍然高離子；接近將差異歸結(jié)于反常輸運(yùn)可能影響輸運(yùn)的微觀不穩(wěn)定性芯部主要湍流模式離子溫度梯度模約束電子模電子溫度梯度模非局域效應(yīng)（自組織過程）o 快時(shí)間尺度過程o

3、參量剖面不變性，實(shí)驗(yàn)結(jié)果（見石秉仁和Wesson書）歐姆加熱一般結(jié)果新Alcator定標(biāo)律，在線性歐姆約束區(qū)存在臨界密度，其定標(biāo)律RaBATisatE0455. 0代入定標(biāo)率，得到飽和能量約束時(shí)間模運(yùn)轉(zhuǎn)實(shí)行輔助加熱后，能量約束低于定標(biāo)律的期望，稱為模，其特征為低的溫度和邊界區(qū)溫度梯度。Goldston定標(biāo)律37. 05 . 05 . 075. 1)()(037. 0aMWPRMAIpGpzIaRBaq2002)(利用并設(shè)q為常數(shù)，PaRBTG63. 175. 05 . 05 . 02 . 01 . 0205 . 03 . 02 . 185. 089)10/(048. 0PABnaRIiTpPI

4、TERE更精確的ITER89-P定標(biāo)律ASDEX上的模運(yùn)轉(zhuǎn)Phys.Rev.Lett.49(1982)1408.p0.65R/a電子密度，氣流量，偏濾器反射原子流，電子溫度，pp+li/2，比較H和L模能量約束時(shí)間和電子密度，比較H和L模改善約束模分類o 邊緣輸運(yùn)壘型ETB:H-modeo 內(nèi)部輸運(yùn)壘型ITB 反剪切或弱剪切:ERS,NCS 無反剪切:supershot,VH-modeo 邊緣輻射型:RI-mode,IL-mode實(shí)現(xiàn)模的實(shí)驗(yàn)方法o 電子回旋波o 離子回旋波o 中性粒子束注入o 低雜波注入o 偏壓孔欄H模的共同特征o H或D輻射減弱o 邊緣粒子流下降o 邊緣密度漲落減弱o 邊緣

5、磁場(chǎng)漲落減弱o 邊緣電場(chǎng)梯度上升已在托卡馬克、串列磁鏡、仿星器、球形環(huán)上實(shí)現(xiàn)模的特點(diǎn)（ITER選擇原因）o 魯棒性，在很多裝置的不同條件下得到o 對(duì)壁的條件要求不高o 平的中心密度輪廓，避免雜質(zhì)和氦灰集中o 高密度好的約束，電子離子溫度接近o 對(duì)電流輪廓沒特殊要求ELMs(Edge Localized Modes)DIIID上幾種運(yùn)行模式的邊緣電子密度和溫度ELM：MHD觸發(fā)的弛豫振蕩,可導(dǎo)致邊緣處快的粒子和能量損失II型，變形截面型，壓強(qiáng)驅(qū)動(dòng)，對(duì)約束影響小III型，幅度小，電流驅(qū)動(dòng)，對(duì)約束影響大其它ETB改善約束模ASDEX上用反向中性粒子注入實(shí)現(xiàn)的改善約束模兩個(gè)方向注入時(shí)極向比壓隨時(shí)間變化

6、，不同測(cè)量和計(jì)算方法密度剖面隨時(shí)間變化電子熱輸運(yùn)減少，離子熱輸運(yùn)達(dá)新經(jīng)典水平TEXTOR上的改善I-模Nucl.Fusion 33(1993)284實(shí)驗(yàn)結(jié)果和ITER98定標(biāo)率的比較L模和I模電子密度和溫度的輪廓圓截面，孔欄運(yùn)轉(zhuǎn)，硼化，中性注入JET上的DT運(yùn)行中ITB的形成Phys.Rev.Lett. 80(1998)5544.這一放電的三乘積達(dá)到niTiE = 11021m-3keVs，并產(chǎn)生聚變功率8.2MW，離子輸運(yùn)首次達(dá)到新經(jīng)典水平徑向離子溫度輪廓（中性粒子能譜），H，L模比較和時(shí)間發(fā)展離子熱導(dǎo)和新經(jīng)典理論比較JET上DT運(yùn)行ELM型H模擬被ITER采用歸一化線平均ne中心TeD線總

7、聚變功率反剪切和內(nèi)部輸運(yùn)壘（ITB）DIIID中性注入Tore-Supra低雜波驅(qū)動(dòng)JT-60DIIIDDIIID上模和模對(duì)比，模的電子熱擴(kuò)散率，離子熱擴(kuò)散率，角動(dòng)量擴(kuò)散率都大大降低TFTR上的反剪切改善約束模(ERS)Phys.Rev.Lett. 7591995) 4417粒子和離子熱擴(kuò)散達(dá)到或低于新經(jīng)典輸運(yùn)值兩個(gè)時(shí)刻的q輪廓轉(zhuǎn)換前后電子密度和壓強(qiáng)分布電流和中性粒子注入功率波形無反剪切的ITB改善約束模DIIID硼化后的VH模能量約束時(shí)間為ITER98定標(biāo)率的3.5倍，高的中心電子密度和離子溫度，Zeff接近，無反剪切ELM是一種邊緣區(qū)擾動(dòng)，可能和雜質(zhì)積累有關(guān)改善L模(ASDEX-U)RI模的特點(diǎn)o 高約束，和模一樣o 高,N=2.1o 高密度，nGRo 約束隨密度線性增加o 準(zhǔn)穩(wěn)態(tài),160Eo 低q值,2.7PITERGReRInn93實(shí)驗(yàn)結(jié)果和定標(biāo)律比較2320)()()10(maMAImnpGRGreenwald密度極