计算物理 ›› 2023, Vol. 40 ›› Issue (4): 461-472.DOI: 10.19596/j.cnki.1001-246x.8636
收稿日期:
2022-09-07
出版日期:
2023-07-25
发布日期:
2023-10-13
作者简介:
朱万坡, 男, 硕士研究生, 研究方向为磁约束聚变研究, E-mail: wp_zhu2021@163.com
基金资助:
Wanpo ZHU(), Shuanghui HU, Xuefeng OUYANG, Sijie OUYANG, Yuandan LAN
Received:
2022-09-07
Online:
2023-07-25
Published:
2023-10-13
摘要:
运用磁流体力学数值模拟程序和磁流体力学-回旋动理学混合模拟程序对EAST(Experimental Advanced Superconducting Tokamak)装置上具有内部输运垒(ITB)高约束运行模式下的离散阿尔芬本征模(αTAE, α是等离子体压强梯度的参数)进行模拟研究。结果表明: 在EAST上ITB以内的芯部区域存在丰富的αTAE, 且在运行参数下多支αTAE被激发为不稳定模式。在EAST上预演的稳态运行方案中, αTAE分布在了更大的径向范围内, 强的负磁剪切, 减少了ITB局域内的αTAE。模拟对比了DIII-D装置和中国聚变工程试验堆(CFETR)上与EAST预演方案具有相似运行条件下的αTAE。结果发现与EAST上类似, 在DIII-D与CFETR中, 同样由于强的负磁剪切, 在ITB内的强磁剪切区域并不存在αTAE。在CFETR核心区域出现了更高频率的αTAE, 且在高能量粒子条件下激发出了更丰富的αTAE。
朱万坡, 胡双辉, 欧阳学锋, 欧阳思杰, 兰源丹. EAST高约束运行条件下离散阿尔芬本征模的数值模拟[J]. 计算物理, 2023, 40(4): 461-472.
Wanpo ZHU, Shuanghui HU, Xuefeng OUYANG, Sijie OUYANG, Yuandan LAN. Discrete Alfvén Eigenmodes in High Performance Scenarios with ITBs on EAST[J]. Chinese Journal of Computational Physics, 2023, 40(4): 461-472.
图1 EAST#73126放电中,αTAE(1,0)模的实频和虚频特性沿ρ的分布
Fig.1 In EAST#73126 discharge, the distribution of the real and imaginary frequency of αTAE (1, 0) mode versus ρ
图2 EAST ρ=0.14处,(a)势阱,(b) αTAE(1,0)模和(c)αTAE(2,0)模的模结构(s=-0.12,α=1.32,ε0=0.2)
Fig.2 In EAST, (a) potentials V(θ) at ρ=0.14; mode structures of (b) αTAE(1, 0) mode and (c) αTAE(2, 0) (s=-0.12, α=1.32, ε0=0.2)
图5 (a) 和(b)分别是EAST#80307和EAST#80399放电参数(s,α);(c)和(d)分别为对应两次放电中的αTAE(1,0)模的实频和虚频沿ρ的分布
Fig.5 Operating parameters (s, α) for (a) EAST#80307 discharge and (b) EAST#80399 discharge, respectively; distributions of the real and imaginary frequency of αTAE (1, 0) mode versus ρ in (c) EAST#80307 and (d) EAST#80399 discharge, respectively
图6 (a) αTAE的实频和增长率随vE/vA0的变化; (b) 势阱,(c) αTAE(3,0)模,(d) αTAE(2,0) 模,(e) αTAE(1,0)模被高能粒子激发后的模结构
Fig.6 (a) Real frequency and growth rate of αTAEs with vE/vA0; (b) potentials V(θ), (c) αTAE(3, 0), (d) αTAE(2, 0), (e) αTAE(1, 0) mode structure excited by energetic particles (s=-0.19, α=2.11, q=2.06)
图7 (a) 和(b)分别是EAST预演方案和DIII-D#159220放电的压强剖面;(c)和(d)是对应EAST和DIII-D中αTAE(1,0)模沿ρ的分布
Fig.7 Pressure profiles of (a) EAST preview scenario discharge and DIII-D#159220 discharge; distributions of αTAE (1, 0) mode versus ρ of (c) EAST and (d) DIII-D, respectively.
图8 (a) EAST装置上的运行参数(s,α);(b) αTAE(1,0)模实频和虚频随磁剪切s的变化,其中α=2.14
Fig.8 (a) The operating parameters (s, α) in EAST; (b) the real and imaginary frequency of αTAE(1, 0) mode vary with magnetic shear s at for α=2.14
图9 (a) 和(b)分别为EAST在ρ=0.53和DIII-D在ρ=0.63处,αTAE的实频以及增长率随vE/vA0的变化曲线
Fig.9 For (a) EAST at ρ=0.53 and (b) DIII-D at ρ=0.63 the real frequency and growth rate of αTAE vary with vE/vA0
图10 (a) 方案1和(b)方案2中αTAE(1,0)模的实频和虚频沿ρ的分布
Fig.10 The distributions of the real and imaginary frequencies of αTAE(1, 0) modes along ρ for (a) scheme 1 and (b) scheme 2
图11 CFETR装置ρ=0.3处,(a) αTAE的实频和增长率随vE/ vA0的变化;(b) 势阱;(c) αTAE(4,0)模;(d) αTAE(3,0) 模;(e) αTAE(1,0)模;(f) αTAE(3,1)模;(g) αTAE(1,2);(h) αTAE(1,4)被高能粒子激发后的模结构
Fig.11 In CFETR, (a) real frequency (─) and growth rate (┄) of αTAEs vary with vE/vA0 at ρ=0.3; (b) potentials V(θ); (c) αTAE(4, 0); (d) αTAE(3, 0), (e) αTAE(1, 0), (f) αTAE(3, 1), (g) αTAE(1, 2), (h) αTAE(1, 4)mode structure excited by energetic particles
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