关于系统研究转动对Tokamak等离子体性质影响的建议.doc

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1、关于系统研究转动对Tokamak等离子体性质影响的建议胡希伟湖北省武汉市华中科技大学电气与电子工程学院430074摘耍Tokamak等离子体的速度场是和密度剖面、温度剖面和磁场位形有同等重要件的等肉/体状态忒，但却没有得到过系统的理论和实验研究。近年来,随着对聚变堆等离子体状态的各种外加控制方法的深入探讨，已有越来越多的迹象表明：通过驱动和控制等离子体的局部转动及边界转动可以抑制聚变堆等离子体中岀现的宏观（磁流体）不稳定性（如新经典撕裂模和电阻壁模）和改善能量和粒子约束（通过对边界局域模模式的转换和台基的参数的控制）。甚至有可能缓解面向等离子体的第一壁组件和偏滤板上的局部热负荷。

2、但是，与磁流体的其它状态量的研究相比，现有的对转动的研究还是分散的,个别的，相应的Database不但很小，而且也没有经过认真的验征和评估。另一方面，除了EAST的长脉冲外，我国各装置的等离子体参数都落在已有的ITER物理Database范围中，我们的诊断在十年内也无法达到国际现在的先进水平。在这种现实条件下，如果没有新的物理研究思路，必定只会重复别人已经做过的工作。但如果我们从现在开始、能组织全国的力量，从实验和理论上对等离子体转动的驱动、控制及其物理影响上开展系统的，持续的研究，就有可能做出有特色的物理工作，并且可以凝聚出一些有意义的物理课题参加十年后在ITER上开展的物理实

3、验研究，为未来的聚变电站的聚变堆芯控制做岀我们自己的贡献。本文从介绍一些已知的转动研究成果出发，提出在我国开展转动驱动及其影响研究的一些建议，希望起到抛砖引玉的作用。AProposalaboutSystematicResearchfortheEffectsofPlasmaRotationsontheTokamakConfinements・HuXi-WeiCollegeofElectricandElectronicEngineering,HuazhongUniversityofScienceandTechnology,Wuhan,430074,P.R.China目录%1.关于转动对

4、聚变堆芯等离子体性质影响和控制的重要性的认识1.过去对等离子体转动重要性的认识（摘自2007年双清论坛的发言）2.在“ITERPhysicsBasis”中有关转动的查询3.uSTAC（ScienceandTechnologyAdvisoryCommitte）-4V会议所建议的近期（2009-2010年）和中期（2011年以后）行动计划中和等离子体转动有关的内容4.一个例子：能量和粒子约朿时间与转动的定标律关系（JET实验定标的介绍）5.小结%1.转动的驱动和控制手段1.中性束切向注入2.离子回旋共振波注入3•边界扰动磁场（旋转共振螺旋场，动力学随机偏滤器（DED—DynamicE

5、rgodicDivertor,边界局域模（ELMy—EdgeL（x:alMode）控制线圈）4.超芦分子朿切向注入5.靶丸（pellet）切向注入6•待发展的大质量物质注入（MassiveMaterialInjection）%1.关于我国系统开展转动对等离子体性质影响的建议1.对实验研究丁•作的建议2.对理论研究工作的建议%1.关于转动对聚变堆芯等离子体性质影响和控制的重要性的认识1.过去对等离子体转动重要性的认识（摘自2007年双清论坛的发言）1）现在有的平衡位形都是不考虑等离子体转动的；是L模下的平衡。所用的平衡方程是只含角向磁通的Grad-Shafranov方程，并未计入流

6、函数的影响。或者说在磁流体的运动方程中n—=-VP+JxB,dt在平衡（也即静态，du/dt=0）时，取平衡流u0=0o只考虑了压力与电磁力的平衡。但实际上托卡马克等离子体无论在角向还是在环向都在转动,而且流场是有剪切的。这时，非线性的流速项，等价于一个离心力。在右边的两项接近抵消时，这个离心力项会对整体平衡起到决定性作用。而如果从能量方程屮来看，转动动能和磁能会同时起作用，并相互转换。从螺旋性考虑总螺旋性不但包括磁螺旋性和流体涡旋性，也包括磁一流体交叉的螺旋性。而且它们Z间会相互转换。2）等离子体的转动在先进运行模式中起重要作用有不少H模都伴有快速的转动流和很大的流剪切。尤其是

7、边界上由电场和电场梯度所引起的角向流，常常是边界H模的特征。3）目前绝大多数的稳定性分析，都是针对无转动的平衡位形进行的如果平衡态变了，和应的稳定性分析的结论（包括线性增长率，非线性演化及湍流的饱和）也一般会变。例如经典撕裂模和新经典撕裂模的线性增长率在有流场剪切时会降低，各种温度梯度模及边界局域模如果计入了流场及其剪切也应该会有改变。4）湍流的饱和及反常输运也和平衡转动有关例如，湍流引起的ZonalFlow应当从基于转动的平衡态出发考虑，然后乂会参加到平衡流中去。因此，完整的Z