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The Finite Beta Effects on the Toroidal Field Ripple in a Tokamak Plasma

Plasma Science and Technology 2013年第2期15卷 115-118页

作者： M.BUNNO Y.NAKAMURA Y.SUZUKI K.SHINOHARA G.MATSUNAGA K.TANI Graduate School of Energy Science Kyoto UniversityGokasho Uji 611-0011 Japan National Institute for Fusion Science Toki Gifu 509-5292 Japan Japan Atomic Energy Agency Naka Ibaraki 311-0193 Japan Nippon Advanced Technology Co. LtdNaka Ibaraki 311-0102 Japan

The efficiency of energetic ion confinement is reduced in a tokamak plasma by the non-axisymmetric field, namely the ripple field. The ripple field is produced by a finite number of toroidal field coils. It is affected by the non-axisymmetric finite beta effect. The three-dimensional MHD equilibrium calculation code vmec is used to analyze the non-axisymmetric finite beta effect in a ripple tokamak. In the vmec code, the flux coordinates are used, so the calculation region is limited to the area of plasma. To calculate the orbit outside the plasma, we develop a field calculation code, which is based on the Biot-Savart law. The details of the method and results are described in this paper.

关键词： ripple vmec ITER alpha particle F3D-OFMC

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基于J-TEXT装置三维磁场分析研究

基于J-TEXT装置三维磁场分析研究

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作者：刘永超南华大学

学位级别：硕士

等离子体平衡的研究对于受控热核聚变装置而言有着重要的意义。为了方便计算,往往建立的都是一些简化模型,比如二维模型。这些模型由于理想化前提假设,因而计算得到的磁场位形分布结果与实验情况存在一定偏差,已经不能解释目前工程中所... 详细信息

等离子体平衡的研究对于受控热核聚变装置而言有着重要的意义。为了方便计算,往往建立的都是一些简化模型,比如二维模型。这些模型由于理想化前提假设,因而计算得到的磁场位形分布结果与实验情况存在一定偏差,已经不能解释目前工程中所碰到的等离子体平衡破裂问题,严重影响受控热核聚变的商业化的进程。因而如何精确的求解等离子体三维磁场平衡对于理论和实验分析都相当重要。为了能够探寻一种新的三维磁场位形,实现三维磁场位形的有效分析,本文从两个方面开展了研究。首先,变分矩阵平衡代码（Variational Moments Equilibrium Code,vmec）是一种三维磁场平衡求解器,常应用于仿星器装置,也可应用于托卡马克装置。本文基于J-TEXT托卡马克装置第1059184炮平衡文件数据,将平衡数据中的等离子体电流、等离子体压强、安全因子剖面、环向模数、极向模数、边界条件以及磁轴位置等平衡数据编辑成vmec程序的输入脚本。同时,设置vmec程序运行的计算参数。首次运用vmec程序求解J-TEXT托卡马克装置三维磁场。通过计算的得到J-TEXT装置三维磁场位形以及磁场强度等平衡参数,与实验数据进行对比,从而初步论证vmec程序嵌入J-TEXT托卡马克装置的可行性。其次,等离子体电流产生极向磁场和少量环向磁场,对三维磁场影响重大。为分析等离子体电流对三维磁场的影响,在压强剖面不变的情况下,选取等离子体电流分别是Ip=-100kA,Ip=-160kA,Ip=-220kA,利用vmec程序计算三维磁场位形,分别分析径向磁场BR,轴向磁场BZ和环向磁场BΦ各自在极向、环向和径向的位形以及磁场强度变化趋势。对各组数据处理,作图对比直观分析不同等离子体电流对三维磁场的影响。最后,等离子体热压强与磁压强的平衡是等离子体平衡的基础。为分析等离子体压强对三维磁场的影响,选取等离子体压强p0=2100Pa、p0=4200Pa以及p0=8400Pa,三种等离子体压强在等离子体电流不变,且在相同等离子体压强轮廓下,利用vmec程序计算三维磁场,分别分析径向磁场BR,轴向磁场BZ和环向磁场BΦ各自在极向、环向和径向的位形以及磁场强度变化趋势。同样,处理各组数据,作对比图直观分析不同等离子体压强对三维磁场的影响。研究结果表明:vmec程序可以嵌入J-TEXT托卡马克装置,等离子体电流和压强对三维磁场的影响研究可以为以后理论和实验研究提供一定的借鉴意义。

关键词：磁场位形三维磁场平衡 vmec J-TEXT

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J-TEXT装置上的三维磁场分析研究

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南华大学学报（自然科学版） 2021年第2期35卷 53-62页

作者：刘永超龚学余杨文军向东曹锦佳南华大学电气工程学院湖南衡阳421001 南华大学核科学技术学院湖南衡阳421001

为了解决二维磁场位形的局限性,对三维磁场位形的研究势在必行。基于J-TEXT平衡参数,利用vmec程序求解得到J-TEXT装置的三维磁场位形。此外,分析了等离子体电流、压强对磁场位形的影响,论证了vmec程序应用在J-TEXT上的可行性。结果表明,... 详细信息

为了解决二维磁场位形的局限性,对三维磁场位形的研究势在必行。基于J-TEXT平衡参数,利用vmec程序求解得到J-TEXT装置的三维磁场位形。此外,分析了等离子体电流、压强对磁场位形的影响,论证了vmec程序应用在J-TEXT上的可行性。结果表明,vmec程序能够初步满足J-TEXT装置的三维磁场位形研究要求,为后续装置三维磁场位形优化提供理论和工程借鉴意义。通过比较不同的等离子体电流,压强剖面对三维磁场的计算结果,表明了等离子体电流能够改变极向磁场强度,增大压强剖面使等离子体环状膨胀,磁轴外移。

关键词： J-TEXT vmec 磁场位形

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