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超电阻对气球模线性不稳定性影响的理论研究

物理学报 2023年第14期72卷 152-160页

作者：刘泰齐陈少永牟茂淋唐昌建四川大学物理学院成都610065 四川大学高能量密度物理及技术教育部重点实验室成都610065

在磁约束聚变等离子体中,本文将超电阻引入气球模模型,采用解析理论的方法研究其对气球模线性不稳定性的影响.推导了包含超电阻、电阻和抗磁效应的非理想气球模本征方程,分析不同条件下超电阻对气球模的作用.结果表明,超电阻会增强气球... 详细信息

在磁约束聚变等离子体中,本文将超电阻引入气球模模型,采用解析理论的方法研究其对气球模线性不稳定性的影响.推导了包含超电阻、电阻和抗磁效应的非理想气球模本征方程,分析不同条件下超电阻对气球模的作用.结果表明,超电阻会增强气球模的不稳定性,其物理机制是超电阻导致的电流扩散效应使得磁力线弯曲项对气球模的稳定作用减弱;超电阻与电阻对气球模的去稳效应存在竞争关系,当超电阻与电阻的比值较大时,超电阻的作用占主导,反则反之.超电阻的去稳效应随着环向模数增加而增强,当环向模数大于某阈值时,超电阻会使原本稳定的气球模变得不稳定,且该阈值与超电阻和电阻的比值成反比.研究结果对未来聚变堆中低碰撞率边缘等离子体中的输运改善和边缘局域模控制具有重要参考价值.

关键词：托卡马克磁流体不稳定性气球模超电阻

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托卡马克装置中高能离子的直接损失

物理学报 2014年第16期63卷 276-282页

作者：牟茂淋刘宇王中天陈少永唐昌建四川大学物理科学与技术学院成都610065 核工业西南物理研究院成都610041

通过严格求解导心坐标系下的哈密顿方程,提出了托卡马克装置中离子的真实轨道理论,并利用此理论对国际热核聚变实验堆(ITER)中α离子的真实轨道进行了数值模拟研究,获得了驻点轨道和近期理论预言的半俘获轨道.根据此真实轨道理论计算了I... 详细信息

通过严格求解导心坐标系下的哈密顿方程,提出了托卡马克装置中离子的真实轨道理论,并利用此理论对国际热核聚变实验堆(ITER)中α离子的真实轨道进行了数值模拟研究,获得了驻点轨道和近期理论预言的半俘获轨道.根据此真实轨道理论计算了ITER中α离子的直接损失率.结果发现,与所提出的真实轨道理论相比,以前的回旋平均理论大幅度低估了α离子的直接损失率,两种理论的损失率差值可达14%,对此差异进行了详细的分析并给出了物理上的解释.

关键词：哈密顿方程高能离子真实轨道直接损失

托卡马克等离子体中共振磁扰动场放大效应对离子轨道特性的作用

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物理学报 2021年第9期70卷 293-304页

作者：苏春燕牟茂淋陈少永郭文平唐昌建四川大学物理学院成都610065 四川大学高能量密度物理及技术教育部重点实验室成都610065

首先,利用MARS-F程序模拟了HL-2A装置中不同电阻率、环向旋转频率和环向模数条件下等离子体对共振磁扰动(RMP)的线性响应过程,分析了不同情况下共振场放大效应对三维扰动磁场的影响;然后,利用Boris算法追踪了三维场作用下的离子轨道,并... 详细信息

首先,利用MARS-F程序模拟了HL-2A装置中不同电阻率、环向旋转频率和环向模数条件下等离子体对共振磁扰动(RMP)的线性响应过程,分析了不同情况下共振场放大效应对三维扰动磁场的影响;然后,利用Boris算法追踪了三维场作用下的离子轨道,并详细探究了不同扰动磁场改变离子轨道特性的物理机制.研究发现,考虑等离子体响应后的扰动磁场可增强离子轨道径向展宽,且轨道最大径向展宽随轨道上扰动磁场平均值的增大而增大;同时,离子在通过扰动磁场被强烈放大的区域时轨道径向展宽会显著增加.该物理机制可用于解释RMP缓解边界局域模实验中离子直接损失增加和等离子体径向输运增强现象.

关键词：共振磁扰动等离子体响应共振场放大效应粒子轨道径向展宽

HL-2A中环向旋转影响等离子体对共振磁扰动的响应过程

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物理学报 2020年第19期69卷 133-141页

作者：陈撷宇牟茂淋苏春燕陈少永唐昌建四川大学物理学院成都610065 四川大学高能量密度物理及技术教育部重点实验室成都610065

利用MARS-F代码在HL-2A装置下模拟等离子体对共振磁扰动的线性响应过程,研究了等离子体旋转频率对响应的影响.研究发现,扰动场在有理面上的屏蔽效应在旋转频率较大时随旋转增大而增强,但在旋转频率较小时电阻导致的屏蔽效果最强处较有... 详细信息

利用MARS-F代码在HL-2A装置下模拟等离子体对共振磁扰动的线性响应过程,研究了等离子体旋转频率对响应的影响.研究发现,扰动场在有理面上的屏蔽效应在旋转频率较大时随旋转增大而增强,但在旋转频率较小时电阻导致的屏蔽效果最强处较有理面的偏移会影响这一规律;扰动场在非有理面上的放大效应主要由芯部扭曲响应引起,且同时与等离子体旋转频率和电阻密切相关.

关键词：托卡马克等离子体响应旋转频率共振磁扰动电阻效应

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低杂波注入对剥离气球模的作用

物理学报 2024年第9期73卷 204-215页

作者：樊浩陈少永牟茂淋刘泰齐张业民唐昌建四川大学物理学院成都610065 四川大学高能量密度物理及技术教育部重点实验室成都610065

基于BOUT++代码研究了托卡马克高约束模等离子体中低杂波(LHW)注入对边缘台基区剥离气球模(P-B模)线性和非线性特性的影响.模拟中分别考虑了LHW驱动的常规主等离子体电流和刮削层螺旋电流丝(HCF)产生三维扰动磁场对P-B模的作用.线性结... 详细信息

基于BOUT++代码研究了托卡马克高约束模等离子体中低杂波(LHW)注入对边缘台基区剥离气球模(P-B模)线性和非线性特性的影响.模拟中分别考虑了LHW驱动的常规主等离子体电流和刮削层螺旋电流丝(HCF)产生三维扰动磁场对P-B模的作用.线性结果表明,LHW驱动的主等离子体电流通过降低平衡的归一化压强梯度和磁剪切,使得线性环向模谱整体向高模数和低增长率的方向移动.非线性模拟表明,由于线性模谱的展宽,LHW驱动的主等离子体电流对P-B模不同模式具有整体的抑制效果,可以降低边缘局域模(ELM)造成的台基能量损失;LHW驱动HCF产生的三维扰动磁场可以通过增强不同模式之间的耦合,促进主模之外的其他模式增长来降低ELM造成的能量损失.研究发现,HCF产生的三维扰动磁场促进增长的P-B模式集中在较高模数,当P-B模的主导模式远离此模数区间,ELM能量损失降低更明显.研究结果有助于深入理解LHW控制ELM实验中的物理机制.

关键词：磁约束聚变等离子体边缘局域模低杂波剥离气球模

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等离子体形变对边界局域模的作用研究

核聚变与等离子体物理 2020年第3期40卷 215-221页

作者：秦晨晨牟茂淋陈少永唐昌建吴娜四川大学物理学院成都610065 核工业西南物理研究院成都610041

在磁流体模拟代码BOUT++剥离气球模三场模块框架下研究了等离子体形变参数(拉长比和三角形变)对边界局域模的影响。研究表明,在线性阶段,拉长比主要作用于剥离气球模中气球模成分,抑制了环向模数较高的气球模不稳定性;而三角形变则对剥... 详细信息

在磁流体模拟代码BOUT++剥离气球模三场模块框架下研究了等离子体形变参数(拉长比和三角形变)对边界局域模的影响。研究表明,在线性阶段,拉长比主要作用于剥离气球模中气球模成分,抑制了环向模数较高的气球模不稳定性;而三角形变则对剥离气球模中剥离模成分和气球模成分均有抑制作用。在非线性阶段,拉长比导致边界E×B剪切率增加,迫使压强扰动的正值部分向等离子体芯部发展,导致边界局域模的能量损失增加;三角形变则导致边界E×B剪切率降低,使得压强扰动可以向等离子体边缘发展,台基向等离子体芯部的崩塌减弱,从而对边界局域模起到缓解作用。

关键词：边界局域模剥离气球模拉长比三角形变

Investigation on the roles of equilibrium toroidal rotation during edge-localized mode mitigated by resonant magnetic perturbations

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Plasma Science and Technology 2024年第1期26卷 16-33页

作者：董良康陈少永牟茂淋罗杨秦晨晨唐昌建 College of Physics Sichuan UniversityChengdu 610064People’s Republic of China Key Laboratory of High Energy Density Physics and Technology of Ministry of Education Sichuan UniversityChengdu 610064People’s Republic of China Institute of Fusion Science School of Physical Science and TechnologySouthwest Jiaotong UniversityChengdu 610031People’s Republic of China

The effects of equilibrium toroidal rotation during edge-localized mode(ELM)mitigated by resonant magnetic perturbation(RMP)are studied with the experimental equilibria of the EAST tokamak based on the four-field model in the BOUT++*** the two main parameters to determine the toroidal rotation profiles,the rotation shear and magnitudes were separately scanned to investigate their roles in the impact of RMPs on peeling-ballooning(P-B)*** one hand,the results show that strong toroidal rotation shear is favorable for the enhancement of the self-generated E×B shearing ratewith RMPs,leading to significant ELM mitigation with RMP in the stronger toroidal rotation shear *** the other hand,toroidal rotation magnitudes may affect ELM mitigation by changing the penetration of the RMPs,more precisely the resonant *** can lead to a reduction in the pedestal energy loss by enhancing the multimode coupling in the turbulence transport *** shielding effects on RMPs increase with the toroidal rotation magnitude,leading to the enhancement of the multimode coupling with RMPs to be significantly ***,the reduction in pedestal energy loss by RMPs decreased with the rotation *** brief,the results show that toroidal rotation plays a dual role in ELM mitigation with RMP by changing the shielding effects of plasma by rotation magnitude and affectingby rotation *** the high toroidal rotation region,toroidal rotation shear is usually strong and hence plays a dominant role in the influence of RMP on P-B modes,whereas in the low rotation region,toroidal rotation shear is weak and has negligible impact on P-B modes,and the rotation magnitude plays a dominant role in the influence of RMPs on the P-B modes by changing the field ***,the dual role of toroidal rotation leads to stronger ELM mitigation with RMP,which may be achieved both in the low toroidal rotation region and the relatively high rotation regi

关键词： edge-localized mode peeling–ballooning modes resonant magnetic perturbation toroidal rotation plasma response tokamak

Anomalous Convection Reversal due to Turbulence Transition in Tokamak Plasmas

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Chinese Physics Letters 2015年第3期32卷 70-73页

作者：孙恬恬陈少永王占辉彭晓东黄捷牟茂淋唐昌建 College of Physical Science and Technology Sichuan University Chengdu 610064 Southwestern Institute of Physics Chengdu 610041

A critical physical model, based on the ion temperature gradient （ITG） mode and the trapped electron mode （TEM）, trying to explain the spatio-temporal dynamics of anomalous particle convection reversal （i.e., the particle convective flux reverses from inward to outward）, is developed numerically. The dependence of density peaking and profile shape on the particle convection is studied. Only the inward pinch could lead to the increase of the density peaking. The validation of the critical model is also analyzed. A comparison of the estimates calculated by the model and the experimental results from the Tore Supra tokamak shows that they are qualitatively both consistent.

关键词： TEM ITG

The effect of resonant magnetic perturbation with different poloidal mode numbers on peeling-ballooning modes

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Plasma Science and Technology 2020年第11期22卷 1-10页

作者： Liangkang DONG Shaoyong CHEN Maolin MOU Changjian TANG College of Physics Sichuan UniversityChengdu 610065People's Republic of China Key Laboratory of High Energy Density Physic and Technology of Ministry of Education Sichuan UniversityChengdu 610065People's Republic of China

The effect of resonant magnetic perturbation(RMP)with different poloidal mode numbers on peeling-ballooning(P-B)modes is simulated with the BOUT++*** order to investigate the physical mechanism of edge-localized mode mitigated by RMP,a series of RMPs with different poloidal mode numbers are applied into the four-field P-B mode simulation module *** results indicate that RMP has a better reducing effect on the energy loss from the pedestal when the resonant position is near the bottom and top of pedestal rather than near the *** RMP could influence P-B modes through the following effects:on the one hand,the E×B shearing rate is significantly stronger when the RMP(resonant surface locates at the top of the pedestal)is added,which can suppress the radial propagation of the negative pressure perturbation and reduce energy loss from the *** the other hand,the coupling of toroidal modes in the nonlinear phase is enhanced when RMPs are added,which motivated the growth of multiple toroidal modes,and the turbulence fluctuation level is weaker with the RMP when the resonant surface is located at the bottom of the pedestal.

关键词： tokamak resonant magnetic perturbation edge-localized mode peeling-ballooning modes pedestal