托卡马克等离子体输运过程的数值模拟研究.pdfVIP

目 录 中文摘要1 英文摘要2 第一章 引言3 1.1 磁约束聚变概述3 1.2 输运理论的发展6 第二章 反常输运和微观不稳定性10 2.1 反常输运10 2.2 微观不稳定性10 2.3 漂移不稳定性12 第三章 输运模型18 3.1 输运方程19 3.2 输运方程的线性化 20 3.3 输运系数22 第四章 输运方程的数值求解和结果分析25 4.1 输运方程的数值计算过程25 4.2 输运方程的计算结果及分析38 第五章 总结与展望50 5.1 总结50 5.2 展望50 参考文献51 致谢54 摘 要 未来要实现聚变反应堆的高经济性能，需要对等离子体输运获得完全的理 解，并找到有效的控制手段。目前迫切需要的是在已经获得的理解的基础上建立 全面的可用来做预测的输运理论模型以及相应的数值模拟代码。本文从电子、离 子的输运方程出发，采用了一种基于流体近似的简化模型，对等离子体输运代码 RITM code[1,2]进行了移植调试，初步整合出适用求解国内HL-2A 装置中等离子体 输运问题的一维输运程序。 模拟计算得到HL-2A 装置中等离子体的电子密度、离子密度、电子温度、离 子温度的径向分布，以及离子温度梯度模（ITG）、捕获电子模（TEM）、漂移阿 尔芬 （DA）模等不稳定性的输运系数和总的输运系数（包括热传导系数、扩散系 数）的径向分布，初步探讨了在托克马克等离子体芯部和边缘处对输运起主要作 用的各种不稳定性。对HL-2A 装置的模拟结果表明，在低约束状态下电子和离子 的密度梯度、温度梯度变化整体平缓，在芯部区域ITG 模对反常输运起主要作用； 在边缘区域，ITG 模对反常输运的影响明显下降，但没有得到完全抑制，DA 模对 反常输运增加起作用，粒子输运系数在边缘区域明显下降，但没有达到新经典水 平。本论文的一维输运程序采用JET 装置和HL-2A 装置的数据进行模拟计算的结 论基本一致，这对于目前HL-2A装置上进行的H 模实验研究具有一定的参考意义。 关键词：输运；数值模拟；微观不稳定性 1 A Study of Numerical Simulation on Tokamak Plasma Transport Abstract A more optimal economic performance of a fusion reactor will be achieved by obtaining a full understanding of plasma transport, and finding effective ways to control it. It is necessary to gain an overall theoretical model to predict the transport and the corresponding numerical simulation code. A transport model based on a fluid approximation is presented and discussed in this paper. One-dimensional transport code which is suitable for the calculation of plasma parameters on HL-2A tokamak is integrated initially by the transplantation of the RITM code[1, 2]. Radial profiles of the basic parameters (safety factors, electron temperature and density, transport coefficients etc.) and transport