波加热和电流驱动物理及其在先进运行模式中的应用.pptVIP

波加热和电流驱动物理及其在先进运行模式中的应用 万宝年 2007年3月2 日 合肥 主要的加热和电流驱动手段 电子回旋加热和电流驱动 离子回旋加热和电流驱动 低杂波加热和电流驱动 中性束加热和电流驱动 对上述加热和电流驱动作为最有效的等离子体控制手段已经有了相当的理解和较好的模拟，也发展了一些关键等离子体参数（电流密度分布、压力分布）实时的数据处理手段和有效的控制方法，可以应用于稳态或hybrid等离子体运行模式的主动控制。 下一步最重要的是如何发展新的等离子体运行模式或方法进一步降低控制对辅助加热的要求。 新的等离子体运行模式 稳态或hybrid运行模式 （ lower ?*,） the size scaling of ITB formation and sustainment of ITBs at high plasma density, Ti~Te and slow toroidal rotation with prevention of impurity accumulation. fully integrated scenarios, i.e. scenarios that are also compatible with the partially-detached divertor condition steady state scenarios at relatively low density and high electron temperature to optimize the current drive efficiencies. Alpha粒子加热及和波的相互作用、稳定性 优化加热和电流驱动 辅助加热的功能 提供足够的加热功率达到H-mode约束并进入燃烧状态 控制和维持等离子体燃烧 非感应电流驱动控制电流密度分布和实现稳态运行 控制MHD不稳定性 辅助电流上升和等离子体“软着落” 其它（等离子体旋转、壁处理） 任何单一的手段都不可能满足要求 辅助加热的物理要求 芯部加热功率沉积（ECRF，ICRF，NBI）通过芯部加热获得高约束等离子体。重点考虑锯齿的效应 电流驱动（ on-axis: ECRF，ICRF，NBI; off-axis: ECRF, LHRF）稳态运行：非感应驱动和自举电流； 等离子体旋转（NBI，ICRF）改善约束，抑制MHD不稳定性 离子加热（NBI，ICRF）在反应堆中，通过输运和辐射损失的电子能量大于与离子的碰撞损失的能量 进一步发展需考虑到alpha粒子加热，不同加热手段间的协同效应，及与稳态、约束、稳定性和偏滤器等的自洽。 ECRF基本特性 不存在耦合问题 吸收完全，功率沉积局部（波入射角、相对论效应共振展宽、电子温度、波束） 可近性：密度截止和涨落散射 高加热效率（与NBI可比） 电流驱动效率随电子温度提高，但随小半径增大而下降（捕获电子份额增加） 电流驱动分布宽效率高 模拟可以很好地与实验符合 ECRF应用 有效的电子加热和H模的获得 电流驱动：稳态运行和分布控制 控制锯齿、ELMs、锁模、（新经典）撕裂模、某些破裂 电子热输运研究 等离子体启动 壁处理 主要问题是稳态高功率波源 ICRF基本特性 耦合：一般使用带状天线，天线到LCFS长距离耦合很困难；天线设计需考虑附件导体壁上的镜向电流（会使耦合波谱畸变）；天线表面RF壳层产生快离子，引起杂质问题，在0位相时， RF壳电位最高，对边界的扰动也最大；对边界密度（分布）变化敏感（ELM） ICRH引起的离子速度分布函数在较高的速度高度各向异性，（回旋加热、碰撞、香蕉轨道等）动力论问题，回旋加热产生高能粒子 多种加热和电流驱动模式：2（多）倍频回旋加热、少数离子基频加热、模转换（离子混杂）加热、直接的IBW加热 ICRF可产生环向等离子体旋转（离子压力梯度、快离子轨道位移引起的径向电场） 电流驱动可近性好，驱动效率随电子温度提高，与纵场关系不大（多次吸收），驱动电流密度分布峰化（捕获电子效应），无高能电子。 少数离子电流驱动、模转换电流驱动等 波的耦合、传输和吸收可由波方程描述，如果保留热等离子体性质，在环位形下的模拟太复杂，现有的模拟都在一定的近似条件下的解。 ICRF应用 有选择性的、有效的离子、电子（中心）加热，产生H-模约束的等离子体。直接的离子加热用于控制聚变等离子体反应率或燃烧 谐波回旋加热可有选择性地影响高能离子 电流驱动：产生中心种子电流（电子、离子），控制电流密度分布。少数离子在q=1面的电流驱动可用于改变电流密度分布，控制锯齿和q=1面内的能量约束 产生等离子体环向旋转，改善等离子体约束 中心加热控制杂质聚芯 存在纵场时产生等离子体，辅助驱动、壁处理等 主要问题在天线（高功率密度和耦合