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HL-2A装置中阿尔芬本征模的数值模拟

原子能科学技术 2016年第7期50卷 1153-1158页

作者：尹陈艳门宗政龚学余胡友俊李景春南华大学湖南衡阳421001 中国科学院等离子体物理研究所安徽合肥230031

采用GTAW程序模拟研究了HL-2A装置等离子体中的阿尔芬(Alfvén)本征模,得到了典型放电条件下的本征频率和模结构及等离子体密度分布对本征频率和模结构的影响。计算得到的环形阿尔芬本征模(TAE)间隙中的本征频率99.09、74.90和99.17kHz... 详细信息

采用GTAW程序模拟研究了HL-2A装置等离子体中的阿尔芬(Alfvén)本征模,得到了典型放电条件下的本征频率和模结构及等离子体密度分布对本征频率和模结构的影响。计算得到的环形阿尔芬本征模(TAE)间隙中的本征频率99.09、74.90和99.17kHz与实验观察到的高频Alfvén本征模频率相吻合。计算还发现,等离子体中心电子密度的增大会导致TAE的本征频率减小,但不影响模的径向位置和结构。

关键词：阿尔芬本征模本征频率模结构

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阿尔芬本征模的研究

阿尔芬本征模的研究

作者：周旭浙江大学

学位级别：硕士

阿尔芬本征模（Alfven Eigenmodes,AEs）是国内外等离子体研究领域的一个重点和热点。在阿尔芬连续谱的不同频段的带隙（Gap）中可以存在多种AEs,如环效应引起的阿尔芬本征模（TAEs）、比压引起的阿尔芬本征模（BAEs）等。反剪切阿... 详细信息

阿尔芬本征模（Alfven Eigenmodes,AEs）是国内外等离子体研究领域的一个重点和热点。在阿尔芬连续谱的不同频段的带隙（Gap）中可以存在多种AEs,如环效应引起的阿尔芬本征模（TAEs）、比压引起的阿尔芬本征模（BAEs）等。反剪切阿尔芬本征模（Reversed Shear Alfven Eigenmodes, RSAEs）首先于1998年在日本的JT-60U装置上被发现,其主要特点是在磁场反剪切位置附近出现了向高频扫频的模式（Kimura et al.1998）。随后类似的现象也在欧洲联合环（Joint European Tours, JET）（Sharapov et al.2010）等其他托卡马克装置中被发现。RSAEs的理论分析大都基于磁流体力学（MHD）模型并考虑了各种不同效应的影响。高能粒子、阿尔芬离子温度梯度（Alfven ion Temperature Gradient）机制、环效应二阶谐波（Second harmonic）都可以激发RSAEso RSAEs的线性性质的研究有很多而非线性性质方面的研究较少,如用Hybrid MHD-Gyrokinetic code （HMGC）对RSAEs增强高能粒子的输运进行了研究。而且相比较TAEs或BAEs, RSAEs的回旋动理学（Gyrokinetic）模拟研究很少。本论文首先改进了计算代码KAEC,以适用于非圆截面几何位形,并利用此代码求解了阿尔芬本征模和反剪切本征模。得到的主要结果有：椭圆拉长比增大使得TAEs/RSAEs的本征频率减小并使得相邻的极向模结构增长,三角形变使得TAEs/RSAEs本征频率增大;应用于实际试验数据时,在近似EAST装置的实验剖面上找到了NAEs,而应用于DIII-D装置实验数据时,在给定的离子有限拉莫尔效应下增大椭圆拉长比能减小RSAEs阻尼。

关键词：阿尔芬本征模 TAEs RSAEs 非圆位形动理学阻尼

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EAST自举电流条件下离散阿尔芬本征模

中国科学：物理学、力学、天文学 2017年第6期47卷 87-93页

作者：闫星辰胡双辉吴昊贵州大学理学院贵阳550025

针对先进实验超导托卡马克(Experimental Advanced Superconducting Tokamak,EAST)装置,本文研究了自举电流和由气球模驱动势阱捕获的离散阿尔芬本征模(α-Induced Toroidal Alfvén Eigenmode,αTAE,α是等离子体压强梯度的标度)的联系... 详细信息

针对先进实验超导托卡马克(Experimental Advanced Superconducting Tokamak,EAST)装置,本文研究了自举电流和由气球模驱动势阱捕获的离散阿尔芬本征模(α-Induced Toroidal Alfvén Eigenmode,αTAE,α是等离子体压强梯度的标度)的联系;在自举电流条件下,高能量粒子激发αTAE为不稳定模式的情况.理论分析可得自举电流密度大的位置往往存在较大的等离子体压强梯度,而大的等离子体压强梯度很可能诱导产生αTAE.运用磁流体力学模型探讨了在自举电流条件下αTAE存在的特点,发现在小半径方向上自举电流密度较大的区间,集中存在αTAE;运用磁流体力学与回旋动理学混合模型探讨了αTAE被高能量粒子激发为不稳定模式的情况,发现在中性束注入加热等离子体和驱动等离子体电流条件下,当托卡马克中的高能量粒子和αTAE满足波粒共振条件时,αTAE都会被高能量粒子激发为不稳定模式.

关键词：托卡马克自举电流阿尔芬本征模高能量粒子

EAST高约束运行条件下离散阿尔芬本征模的数值模拟

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计算物理 2023年第4期40卷 461-472页

作者：朱万坡胡双辉欧阳学锋欧阳思杰兰源丹贵州大学物理学院物理系贵州贵阳550025

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... 详细信息

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。

关键词：阿尔芬本征模托卡马克不稳定性高能量粒子

ITER具有内部输运垒方案中的离散阿尔芬本征模

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计算物理 2023年第6期40卷 677-688页

作者：欧阳思杰胡双辉欧阳学峰朱万坡兰源丹黄旋格贵州大学物理学院贵州贵阳550025

基于国际热核聚变实验堆(ITER)装置具有内部输运垒(ITB)的方案,研究了离散阿尔芬本征模(αTAE)的物理特征,其中α是等离子体压强梯度的标度参数。采用基于负离子的中性束注入(NNBI)加热和电流驱动能获得一个大且强的ITB以实现更高的性能... 详细信息

基于国际热核聚变实验堆(ITER)装置具有内部输运垒(ITB)的方案,研究了离散阿尔芬本征模(αTAE)的物理特征,其中α是等离子体压强梯度的标度参数。采用基于负离子的中性束注入(NNBI)加热和电流驱动能获得一个大且强的ITB以实现更高的性能,并讨论该方案中αTAE的不稳定性。在纯射频方案中,探究了ITB的收缩、维持和坍塌过程中的αTAE。模拟结果表明:αTAE发生于具有陡峭压强梯度的ITB区域,形成的ITB越强会存在越多的αTAE,且该模式的频率也越高。在高能量粒子条件下αTAE的多个分支容易变得不稳定,被激发的αTAE其频率随着束能量的增加而增加。ITB作为高βp方案的关键,具有ITER稳态的许多理想特征,因此关联性地探究了DIII-D高βp方案中αTAE。

关键词：阿尔芬本征模托卡马克等离子体不稳定性高能量粒子

CFETR条件下高能粒子激发的离散阿尔芬本征模

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中国科学：物理学、力学、天文学 2020年第8期50卷 132-141页

作者：赵庆飞胡双辉何秋明欧阳学锋贵州大学物理学院贵阳550025

本文在中国聚变工程试验堆(China Fusion Engineering Test Reactor,CFETR)托卡马克装置的基准稳态运行模式下,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模拟探究了该装置设计参数下离散阿尔芬本征模(αTAE,α是... 详细信息

本文在中国聚变工程试验堆(China Fusion Engineering Test Reactor,CFETR)托卡马克装置的基准稳态运行模式下,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模拟探究了该装置设计参数下离散阿尔芬本征模(αTAE,α是等离子体压强梯度的参数)的相关模结构特征以及在高能量粒子条件下αTAE的动理学不稳定性;此外,还探究了CFETR不同稳态运行参考方案下的电流密度剖面与αTAE之间的关联.模拟结果表明,在基准稳态运行方案下,径向总电流密度剖面峰化前的区域存在丰富的αTAE.在以射频波驱动电流为主导的方案下,由于在小半径相对较小处存在较大的电子回旋波驱动的电流,使得总电流密度剖面在该处就开始峰化,所以αTAE在径向的分布区域较窄.另外,在高能量粒子条件下,随着共振条件的变化,同一局域参数下的多支αTAE被激发成不稳定模式.进一步模拟发现,随着粒子能量的增大,会激发更高频率的αTAE.

关键词：阿尔芬本征模高能量粒子不稳定性托卡马克

HL-2A托卡马克等离子体中的离散阿尔芬本征模

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中国科学：物理学、力学、天文学 2019年第4期49卷 84-93页

作者：何秋明胡双辉吴昊赵庆飞贵州大学物理学院贵阳550025

在HL-2A装置上,运用磁流体力学数值模拟程序,探究了在低杂波辅助加热放电方案中,低杂波能量沉积区域内的离散阿尔芬本征模(αTAE,α是等离子体压强梯度的标度)的物理特征;探讨了不同等离子体剖面下,αTAE的分布情况.运用线性回旋动理学... 详细信息

在HL-2A装置上,运用磁流体力学数值模拟程序,探究了在低杂波辅助加热放电方案中,低杂波能量沉积区域内的离散阿尔芬本征模(αTAE,α是等离子体压强梯度的标度)的物理特征;探讨了不同等离子体剖面下,αTAE的分布情况.运用线性回旋动理学和磁流体力学混合模拟程序,研究了中性束注入不同能量的粒子对αTAE的影响;另外,还探究了能量沉积区域内的αTAE被高能量粒子激发成不稳定性的物理特征.通过模拟发现,在该装置上α的值相对较小,αTAE主要分布在负磁剪切区域.在低杂波能量沉积区域内伴有丰富的αTAE,且低杂波能量沉积量越大,αTAE频率越高.此外,在不同等离子体剖面下,大量αTAE被束缚于沿HL-2A托卡马克小半径方向上的不同区域.随着中性束注入粒子能量逐渐增大,αTAE的多支模也被激发成不稳定模式,这种不稳定模式潜在影响托卡马克对等离子体的约束性能.

关键词：托卡马克阿尔芬本征模高能量粒子不稳定性

CFETR基准方案高能粒子激发阿尔芬本征模的数值模拟研究

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CFETR基准方案高能粒子激发阿尔芬本征模的数值模拟研究

中国聚变工程实验堆阿尔芬本征模稳定性线性分析

第十八届全国等离子体科学技术会议

作者：侯雅巍朱平邹志慧 CFETR物理组 Charlson C.Kim 中国科学技术大学

托卡马克中,中性束和射频波加热过程中产生的高能粒子能够激发阿尔芬波不稳定性。聚变堆中,氘氚反应产生的3.5兆电子伏阿尔法粒子同样也会激发阿尔芬波不稳定性。高能粒子和阿尔芬波相互作用是中国聚变工程实验堆维持长脉冲稳态运行的... 详细信息

托卡马克中,中性束和射频波加热过程中产生的高能粒子能够激发阿尔芬波不稳定性。聚变堆中,氘氚反应产生的3.5兆电子伏阿尔法粒子同样也会激发阿尔芬波不稳定性。高能粒子和阿尔芬波相互作用是中国聚变工程实验堆维持长脉冲稳态运行的关键物理问题之一。我们使用阿尔芬波本征分析程序AWEAC(Alfven Wave Eigen-Analysis Code)和动理学-磁流体混合模拟程序NIMROD,对CFETR(中国聚变工程实验堆)的基准方案中,高能粒子激发的环向阿尔芬本征模进行了初步的本征分析和线性模拟。AWEAC程序和NOVA/NOVA-k功能类似,优点是能够处理上下不对称的截面。在NIMROD程序中,利用粒子云-网格方法求解高能粒子的动理学方程,通过压强项,耦合描述背景等离子的三维磁流体方程,实现混合模拟。CFETR基准方案平衡基于自洽的芯部-台基-平衡耦合的OMFIT集成模拟,具有强反剪切的q剖面。我们使用慢化分布来模拟氘中性束注入产生的高能粒子的初始分布。研究了不同环向模数对应的高能粒子激发的环向阿尔芬本征模的增长率随模数的变化关系。首次获得了中国聚变工程实验堆的基准方案中高能粒子激发的环向阿尔芬本征模的二维扭曲结构和明显的反剪切阿尔芬本征模特征结构。同时,将频率、极向主导模数、模的径向位置等和本征程序的结果做了比较分析。

关键词：高能粒子阿尔芬本征模中国聚变工程实验堆 NIMROD AWEAC

来源： cnki会议评论

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中国聚变工程实验堆阿尔芬本征模稳定性线性分析