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第33卷 第 4期 核 聚 变 与 等 离 子 体 物 理 V_oI-33.No.4
2013年 12月 NuclearFusionandPlasmaPhysics Dec.2013
文章编号:0254—6086(2013)04—0297-07
HL.2A等离子体破裂期间逃逸电子演化模拟
吴 娜 ,王中天2,桑超峰 ,张轶泼2,王德真
(1.大连理工大学物理与光电工程学院,大连 116024;2.核工业西南物理研究院,成都 610041)
摘 要:采用数值模拟方法对托卡马克等离子体破裂期问的逃逸电子(RE)演化行为进行研究。程序所使用的
物理模型包含了初级和次级两种 ER 产生机制,并耦合了麦克斯韦方程组。模拟结果显示:在等离子体破裂开始
0.1-0.2ms后感应产生了很强的环向电场,持续约O.1ms之后该环向电场达到最大值,但是在大致2.5ms内逐渐衰
减。同时模拟结果也证明了ER 产生于等离子体中心处的局部区域,并且在破裂之后约 lms时间内就形成了RE
束,实验中等离子体破裂之后出现的几十毫秒的电流平台主要是由ER 携带的。从理论模拟与实验的对比中可以
得出:HL.2A 15335次放电等离子体破裂期间欧姆电流转化为逃逸电流(RC)I~O转化率在 400/o--60%。次级产生机
制在ER 束的形成过程当中起到了关键作用。
关键词:逃逸电子;环向电场;等离子体破裂;HL.2A装置
中图分类号:0532Il 文献标志码 :A
1 引言 Eriksson等人针对托卡马克等离子体破裂产生的
托卡马克等离-Tq$大破裂发生时,电子温度会 ER 曾经采用了两种不同的模型对 JET进行模拟,
在热猝灭阶段(通常小于 lms)迅速地下降,随后发 得到了破裂之后ER 和环向电场相互作用及其分布
生电流猝灭。通常,在没有逃逸电流(Rc)平台产生 随时间演化物理图像。其中一个物理模型是采用福
的情况下等离子体电流会在短时间内迅速指数衰 克普朗克方程描述相对论电子,用麦克斯韦方程组
减。然而当满足逃逸电子(RE)产生条件时将会出现 描述环向电场,并采用蒙特卡罗和有限元法进行数
一 个平稳的长寿命电流平台,此电流是由RE所携 值求解 ,该程序被命名为 ARENA[5】。另外一个模
带的RC,持续时间为几十至几百ms,这些 RE能 型是将初级产生机制产生率 6【】和次级产生机制产
量可达几十MeV。如果不能有效的抑制 RE,其将 生g.?oj作为描述总的ER 产生率的方程,同时使用
会携带大量热能轰击到第一壁上,从而损伤壁材料 麦克斯韦方程描述环向电场,最后采用有限差分的
的性能,缩短器壁的使用寿命,对装置的安全运行 方法数值求解…121~这两种模型的一个共同点就是
构成严重的威胁。因此,等离子体破裂期间的 RE 不再单独考虑RE的产生过程,将环向电场对其的
研究是 目前磁约束核聚变的主要课题之一。 影响直接耦合进去,从而给出托卡马克等离子体破
等离子体破裂之后出现长寿命平稳电流早在 裂期间RC和环向电场的演化隋况。Eriksson等人
HL1M上就被发现了,而且国外大型装置像欧共体 分别采用以上两种模型对JET中的RE进行了详细
的装~(JET)t。】和 日本的 JT-60U[41也有此现象。 模拟 ,得出了一系列与实验符合得很好的结论。然
收稿 日期:2013—04—16;修订 日期:2013—09—20
基金项目:国际热核聚变实验堆(ITER)计划专项(2013GB109001,2013GB107003);国家自然科学基金(1l275042);中国
博士后科学基金(20l2M5206l3,2
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