CFETR稳态运行模式的0.5维集成模拟及其杂质粒子比例影响的分析.pdfVIP

第43卷第2期核聚变与等离子体物理Vol.43,No.2

2023年6月NuclearFusionandPlasmaPhysicsJune2023

D0I:10.16568/j.0254-6086.202302020

文章编号：0254-6086(2023)02-0243-06

CFETR稳态运行模式的0.5维集成模拟

及其杂质粒子比例影响的分析

王俊1，王占辉*，史永福，李景春²

(1.核工业西南物理研究院，成都610041；2.南方科技大学，深圳518055)

摘要：采用快速集成模拟软件METIS完成了CFETR1GW稳态反剪切运行模式的设计。该反剪切运行模

式由40MW离轴电子回旋电流驱动(ECCD)与60MW的离轴中性束电流驱动(NBCD)所实现，获得了稳定的安全

因子剖面，其在p=0.52处具有最小安全因子qmin=3.1,从而可避免危险的m/n=2/1、3/2、5/3的新经典撕裂模(NTM)。

此外，本文还分析了Ar杂质粒子的含量对此稳态反剪切模式约束性能的影响。

关键词：CFETR；稳态运行；集成模拟；反剪切模式；METIS

中图分类号：TL61+2.1文献标志码：A

1引言响。稳态、高约束、高自举电流份额的等离子体被

CFETR是在吸收消化ITER设计基础上中国自称为先进等离子体。反剪切运行模式(RS)具有较好

主发展的核聚变实验反应堆，其设计目标是桥接的约束，且与稳态运行所需的高自举电流份额相兼

ITER与未来的聚变示范堆(DEMO)。验证DEMO容。反剪运行模式的优异性能已在大型托卡马克装

水平的聚变功率与聚变堆氙自持是CFETR的两大置JT-60U、JET上获得了验证[3.4]。当前普遍认为，

核心任务[]。当前，CFETR经过多次设计送代，其反剪切运行模式是实现聚变堆先进等离子体的主

基准等离子体运行方案由聚变功率500MW(大半径要方式之一。ITER装置的稳态运行方案也将选择

5.7m、小半径1.6m、环向场5.0T)的方案演化为等离子体电流分布中空的强反剪切运行模式或者

DEMO级聚变功率1GW(大半径7.0m、小半径电流分布较为平坦的弱反剪切运行模式[5.6]。

2.1m、环向场6.5T)的方案。陈佳乐等已经采用本文针对CFETR1GW的稳态运行方案，采用

OMFIT集成模拟平台完成了CFETR1GW的混合快速集成模拟程序METIS开展反剪切运行模式的

运行模式的分析[2]，但稳态运行方案设计研究尚未分析[7]，对等离子体加热与电流驱动方案进行初步

完成。在此，针对1GW聚变功率目标，将开展稳设计，评估了由偏滤器室氩气注入造成的等离子体

态运行方案的集成模拟分析。氩杂质含量变化对堆芯离子体性能的影响。

通过实现高约束、高自举电流份额的稳态运

2快速集成模拟分析软件METIS

行，在聚变堆上降低了加热与电流驱动的功率，提的介绍

升了装置的运行性能，降低了周期性力学载荷的影快速集成模拟分析软件METIS由法国原子能

收稿日期：2021-06-24；修订日期：2022-10-20

基金项目：国家磁约束核聚变能发展研究专项(2018YFE0303102，2017YFE0302100)；国家自然科学基金

作者简介：王俊(1988-)，男，湖南省湘潭人，博士，助理研究员，从事聚变堆概念设计与聚变堆氙输运模拟分析。

*通讯作者：王占辉(1982-)），男，河北省邯郸人，博士，研究员，从事托卡马克等离子体物理数值模拟研究，包括SMBI

加料、流输运、先进运行模式设计、集成模拟等。

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