托卡马克的启动与等离子体成形控制研究-计算机应用研究室.ppt

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托卡马克的启动 与等离子体成形控制研究 肖炳甲、张锦华、李弘 等 中国科学院等离子体物理研究所 西南物理研究院 中国科学技术大学 汇报内容 项目的立项依据 项目的研究内容、研究目标以及拟解决的关键问题 技术路线、创新处及可行性分析 研究基础、条件和团队 立项科学意义 托卡马克启动直接关系到等离子体的品质和顺利运行 系统的伏秒数是宝贵资源,因此低环电压击穿和优化的电流上升可节约此资源,同时低环电压也是超导装置的要求 优化的击穿和电流上升可降低对系统的要求尤其是对超导线圈的要求 优化的电流上升可有效控制电流剖面 优化的电流上升可减少等离子体与壁相互作用 项目科学意义 等离子体位形控制是先进托卡马克运行的必要条件 控制等离子体刮削层(SOL)与第一壁的距离以避免热等离子体对第一壁的烧蚀和损伤; 精确地控制最后封闭磁面与射频天线的距离以获取射频波与等离子体的更好耦合与天线保护的优化; 精确的控制偏滤器位形以利于快速排灰、控制再循环、能量粒子输运和偏滤器保护的综合考虑 良好的形状控制提高等离子体的约束性能,提高稳定性区间 项目的现实意义 为在我国的核聚变装置上建立高水平的控制模式,建立良好的等离子体运行平台 为ITER开展相关的运行区间研究、控制模式研究和启动模式研究, 为我国培养相关的托卡马克等离子体控制运行的研究人才,以利全面参与ITER运行和实验 国际研究现状 等离子体启动运行和控制是ITER重要物理基础之一(ITER Physics Basis, Chapter 8) JET,DIII-D, JT-60上都有各自的低环电压启动研究和针对ITER的优化研究 ITER上有基于模拟的运行区间研究,如TSC,在各大装置上验证 大量的形状控制研究如TCV,DIII-D,JET和JT-60 大量的等离子体平衡反演、位形演化、垂直位移、等离子体与装置间的响应模型研究以及与实验的验证和实验应用 国内研究现状1 HL-2A上通过优化控制方法和技术,获得了连续23次稳定重复的偏滤器位形放电 国内研究进展2 HL-2A上卓有成效地开展了大功率ECR加热实验 在轴加热时电子温度的绝对测量结果 在轴加热时的电子温度空间分布 HL-2A上还实现了稳定可靠的密度控制、环向场控制、水平场控制 HL-2A上开展了低环电压启动和电流上升研究 EFIT反演和TSC放电模拟研究 国内研究进展3 HT-7上实现了长达400s的稳定等离子体放电,开展了交流放电模式研究,证明了良好的稳定的控制系统 HT-7上开展了LHW下的低环电压启动研究, EAST上实现了偏滤器位形的最长达9秒,最大电流500kA,最大拉长1.9的稳定的偏滤器位形的放电 国内研究进展4 其他还开展了放电模拟、位形反演、平衡计算、平衡理论、垂直位移不稳定性、装置运行区间等研究 然而, EAST上尚未建立起磁面位形反馈控制系统,而建立良好控制,需要研究等离子体启动、等离子体在不同模式下的响应,这也是各个实验阶段重要的研究内容之一 改造后的HL-2A上将有大拉长位形,形状控制和垂直位移控制将是主要课题之一 EAST上超导磁体特性要求开展小误差和低电流变化研究,要求对等离子体行为的预测研究 EAST上大电流、大拉长、长时间下的稳定运行控制是主要物理内容之一 国内的启动研究尚不够全面和深入,HL2A,EAST和J-TEXT提供了极好的平台 研究目标 优化等离子体的击穿条件和上升条件,研究两大装置上的等离子体运行区间。 完善现有装置HL-2A、EAST和其他装置上的等离子体控制手段和分析手段,控制等离子体形状,实现各种参数条件下稳定的等离子体放电, 为ITER建设和运行提供经验,为在我国两大装置上开展高水平的物理实验提供控制和等离子体启动保证。 研究内容和技术路线1: 低环电压启动研究 等离子体击穿过程和等离子体电流初始上升模拟 数值模拟 杂质、气壁条件对等离子体启动的影响 硼化、硅化以改善气壁条件,电阻、辐射量热测量等; 优化环电压、预电离与初始加热 LHW,ICRF,ECR投入时刻和功率 充气压力和气体成分 真空场在等离子体建立的反演; 内部结构包括真空室对等离子体启动和控制的影响 涡流计算与测量 研究内容2:等离子体电流上升 等离子体启动的放电模式,MHD稳定区间,伏秒优化 数值模拟(TSC,DINA)和实验结合, HL2A上主要快电流上升、EAST慢上升 等离子体上升时的位置和形状控制 磁面重构(EFIT); 等离子体位置的准确估计和控制(RZIP); 成形(RTEFIT/ISOFLUX); 优化伏秒消耗; 等离子体电流剖面和安全因子分布; 主动吹气、电流驱动手段,上升速率 研究内容3:等离子体位形演化控制研究 磁面、电流和压力剖面反演研究(EFIT) 等离子体响应模型的研究 RZIP刚

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