HL-2A装置电子回旋共振加热波迹和功率沉积剖面的分析计算.PDF

第 27 卷 第 1 期 核 聚 变 与 等 离 子 体 物 理 Vol.27, No.1 2 0 0 7 年 3 月 Nuclear Fusion and Plasma Physics March 2007 文章编号：0254-6086(2007)01-0001-06 HL-2A 装置电子回旋共振加热波迹 和功率沉积剖面的分析计算 石秉仁，石迎天 (核工业西南物理研究院，成都 610041) 摘 要：在 HL-2A 单零偏滤器条件下，对由弱场侧沿赤道平面垂直注入的电子回旋寻常波(O-模)的波迹和波 的功率沉积剖面进行了分析计算。对近磁轴共振情形，需要确定一个有效的物理尺度以正确获得波功率沉积。单 一波束的有效吸收层的厚度可以合理地作为这一物理尺度，从而获得统一的功率沉积公式。对比研究了磁轴偏离 赤道面和位于赤道面情况下的波功率沉积剖面。 关键词：O-模加热；有效吸收层厚度；功率沉积剖面 中图分类号：O532+ .53 文献标识码：A 1 引言 考虑了 HL-2A 单零偏滤器位形的上下不对称性， 电子回旋共振加热(ECRH)是磁约束聚变装置 即使由中平面(赤道面)垂直注入的波束，波迹线也 中等离子体加热的重要方法之一。HL-2A 装置[1]现 会产生与磁轴的一定的偏离，从而影响波功率沉积 已具有功率为 2MW ，脉宽为 1s 级的高性能回旋管， 剖面。 从而具备了进行电子回旋共振加热，电子回旋波段 波加热和波驱动电流的研究中，第一步都是要 电流驱动及特定的电流剖面调整研究的能力。近两 进行波迹计算，然后计算沿波迹方向波的衰减(等离 年的 ECRH 加热实验中也已经进行了总注入功率 子体对波功率的吸收) ，并确定功率沉积剖面。最后， 大于 0.5MW 的实验，这些实验中采用的是基波 O- 研究由于波加热引起的等离子体温度剖面的变化， 模 加 热 模 式 ( 频 率 68GHz ，对 应 的 截 止 密 度 为 获得加热效果和电子能量输运方面的信息。本文主 19 −3 要对前两个问题进行分析计算，最后一个问题将另 5.7 ×10 m ) ，已观测到有效的电子加热和若干有 趣的相关物理现象。 文研究。 对电子回旋波的传播和吸收，国内外已有很详 细的分析研究[2~8] 。但遗憾的是，在波功率沉积剖 2 波迹计算 面的确定方面仍没有明晰的结果。由于 ECRH 加热 将 波 迹 方 程 dr ∂ω , dk −∂ω (ω=2πf ， dt ∂k dt ∂r 中波功率一般仅沉积在接近共振层的很窄的空间 f =68GHz 为波频率，k 为波矢量，r 为空间坐标矢 区域内，不同物理模型的结果会产生很大的差别。 量，t 为时间) 在圆柱坐标系中写出。对于垂直于磁 例如，一般的就地沉积模型认为，被共振电子吸收 场传播的 O-模，利用冷等离子体色散关系： ω 的波功率将沉积到电子所在的磁面上。这样，如果 2 2 2 2 2 2