EAST放电模拟及自举电流参数分析

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1、EAST放电模拟及自举电流参数分析吴斌2004.9.14主要内容TSC程序的物理模型EAST装置放电模拟EAST自举电流参数分析平衡程序与放电模拟程序的区别平衡程序EQEFIT某一时刻的等离子体位形放电模拟程序TSC等离子体位形的时间演化过程放电模拟的不同途径1.5维平衡演化程序二维平衡程序一维输运程序TSC程序TokamakSimulationCode引入处理过的惯性项和粘滞项不再求解平衡方程转而求解等离子体运动方程TSC发展概况S-1-球马克位形的形成过程PBX-位形控制、等离子体破裂、伏秒数分析TCV-灵活等离

2、子体形状控制系统的设计CIT-伏秒数分析、等离子体破裂DIIID-位形控制、等离子体破裂VDE、伏秒数分析BPX-燃烧控制、偏滤器分离磁面摆动TPX-位形控制、垂直位移控制、等离子体破裂ITER-伏秒数分析、位形控制、等离子体破裂TFTR-伏秒数分析、杂质分析NSTX-1MA球环伏秒数分析TSC物理模型TSC程序是PPPL开发的一个自由边界轴对称托卡马克等离子体随时间的演变以及和它相关控制系统的数值模拟程序它通过在矩形计算网格上解磁流体方程组来模拟自由边界等离子体随时间的演变过程，MHD方程组通过边界条件和外部极向场

3、线圈中的电流相互耦合，同时在磁面坐标中求解压强和密度面平均输运方程程序考虑了反常输运、新经典电阻率、辅助加热、电流驱动、自举电流、粒子加热、气泡模稳定性等许多物理模型，可以用于模拟控制系统、辅助加热、电流驱动等问题。Surface-AveragedTransportEquationsTSC主要方程围绕TSC程序开展的工作TSC程序的移植和开发三个版本Pub5、Pub7、Unx10.2位形演变过程的放电模拟模拟了EAST上升段和平顶段等离子体由园截面到所预定的拉长截面，由限制器位形到偏滤器位形的建立、演变、达到稳态的

4、过程垂直位移控制系统的数值模拟探索了TSC程序进行垂直位移稳定性分析的方法模拟了EAST垂直位移系统的控制响应过程EAST放电模拟研究EAST(HT-7U)装置特点放电模拟方案的设计放电模拟结果及分析托卡马克磁体系统组成环向场系统产生强的环向磁场,与等离子体电流产生的较弱极向磁场形成具有旋转变换的磁场位形极向场系统加热场变压器原理感应等离子体电流焦耳热平衡场抵消等离子体向外扩张成形场多极场形成拉长截面反馈场配合被动致稳部件控制等离子体的垂直1,2,3–多极场线圈4–真空室5–环向场线圈6-欧姆线圈7–等离子体HL-2

5、A极向场系统EAST超导托卡马克装置EAST采用一体化设计方案的极向场系统极向场电流是以上各种场电流等的叠加极向场系统的运行和控制变得更为复杂长脉冲及稳态运行考虑输运过程对等离子体行为的影响将磁流体力学方程组和输运方程组结合起来进行放电过程的动态平衡演化模拟放电模拟方案的设计装置几何参数的确定（二维模型）放电程序场的设计PF波形反馈控制系统的设计PID控制等离子体位形控制等离子体电流控制EAST装置基本几何参数EAST放电程序场的设计放电程序场波形加热场+平衡场等离子体形状反馈的模型观察对(x1x2)PID控制极向场

6、线圈EAST的等离子体形状反馈设计随时间变更观察对合适的PID参数作用于PF2,PF3,PF4和PF6七套PID控制系统EAST等离子体形状反馈参数设置InputFileEAST放电模拟结果（磁面演变）电流分布演变等离子体位形演变上升段时间为4秒的放电模拟EAST自举电流参数分析固定边界平衡程序JSOLVEREAST的六种运行模式不同运行模式的比较EAST的自举电流计算和分析JSOLVER程序JSOLVERliqIBSStandardTokamak是一种标准的高值、大电流、第一稳定区的运行方式，其中心q值q01

7、，等离子体压强和电流分布是一般变压器感应驱动托卡马克典型的剖面分布，这种运行模式的特点是高值、低P值、P＝4.30ARIES-I是在ARIES反应堆研究计划中的一种运行模式，它仍处于第一稳定区，是一种在高值和高P值之间的折衷方案。等离子体电流减小，它的中心q值增加到1.3左右，使q*/q0上升到3附近。这种模式使仍处于第一稳定区的托卡马克可以获得很高的自举电流份额和较好的自举电流分布。Supershot最早是在TFTR装置上发现的一种约束改善的运行模式，它的特点是具有较低的等离子体电流和拉长比，有非常峰化的

8、等离子体电流和压强分布，仍处于在第一稳定区。在TFTR上使用限制器降低了粒子的再循环，从而进入supershot运行模式，约束改善因子可以达到3.5具有最高的值和自举电流份额，通过改变等离子体电流分布使在中心区域q的分布出现可以反剪切dq/d<0。在等离子体的中心区域，放电已处于第二稳定区，尽管中心区域的压强梯度很大，而气球模仍是稳定的。等