第四章,等离子体约束和输运.ppt

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 １，引言一维流体输运方程 简单的粒子扩散模型 能量扩散模型 电子和离子的输运 等离子体内的输运过程 和新经典理论的差距 芯部主要湍流模式 非局域效应（自组织过程） 快时间尺度过程 参量剖面不变性 ２，实验结果（见石秉仁和Wesson书）欧姆加热一般结果 Ｌ－模运转 ASDEX上的Ｈ模运转Phys.Rev.Lett.49(1982)1408. 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Ｈ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 Hα或Dα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 Ｈ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) 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 TEXTOR上的改善I-模Nucl.Fusion 33(1993)284 JET上的DT运行中ITB的形成Phys.Rev.Lett. 80(1998)5544. JET上DT运行ELM型H模拟被ITER采用 反剪切和内部输运垒（ITB） DIIID TFTR上的反剪切改善约束模(ERS)Phys.Rev.Lett. 7591995) 4417 无反剪切的ITB改善约束模DIIID硼化后的VH模 改善L模(ASDEX-U) 边缘辐射型改善约束模TEXTOR94上的RI模 Phys.Rev.Lett. 77(1996) 2487 RI模的特点 高约束，和Ｈ模一样 高β,βN=2.1 高密度，0.7-1.2nGR 约束随密度线性增加 准稳态,160τE 低q值,2.7 改善H模(ASDEX-U)Nucl.Fusion,45(2005)617 * * 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 ） D=const 边界条件n(a)=0下的解 可在电流平顶段取P=IUL计算能量约束时间τＥ 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 粒子α分量的输运方程 电子和离子的输运方程 经典输运 新经典输运 实验结果较新经典理论： Ｌ－模：电子：大２个量级 　　　　离子：大１个量级　　　 Ｈ－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 离子温度梯度模 约束电子模 电子温度梯度模 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 实行辅助加热后，能量约束低于ＬＯＣ定标律的期望，称为Ｌ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 βp≤0.65R/a 电子密度，气流量，偏滤器反射原子流，电子温度，βp βp+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 已在托卡马克、串列磁镜、仿星器、球形环上实现 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 Ｉ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 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 电子热输运减少，离子热输运达新经典水平 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 这一放电的三乘积达到niTiτE = 1×1021m-3·keV·s，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 归一化β 线平均ne 中心Te Dα线 总聚变功率 DIIID中性注入 Tore-Supra低杂波驱动 JT-60 DIIID上Ｌ模和Ｈ模对比，Ｈ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． 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 能量约束时间为ITER98定标率的3.5倍，高的中心电子密