EAST中性束注入實驗分析研究.pdf

1、高能中性粒子束注入對目標等離子體的加熱效率比較高，是獲得并維持長脈沖高性能等離子體的重要實驗工具之一。第一條4MW高功率中性束注入器在EAST2014年夏季等離子體物理實驗中首次投入使用，并取得了較好的實驗結(jié)果。中性束注入期間，等離子體的溫度、密度、儲能、能量約束時間、H98Y2因子等都得到了大幅度的提升。對中性束加熱條件下的等離子體熱輸運進行分析，能夠模擬計算出中性束束能的沉積與損失，以及評估目標等離子體的約束性能等。
　　本文

2、首先簡要的說明了束與等離子體相互作用的基本物理過程，回顧了在世界各大聚變裝置上所做的具有代表性的中性束注入物理實驗。介紹了EAST首套中性束注入器的性能參數(shù)和運行使用情況，并列出了與束注入實驗密切相關(guān)的幾種物理診斷。
　　采用TRANSP程序中的NUBEAM模塊，本文對本輪EAST典型的兆瓦級高功率中性束注入實驗數(shù)據(jù)進行熱輸運分析。計算結(jié)果表明，大約有70％-80％的束能量能夠被目標等離子體有效吸收，20％-30％的束能量會被損失

3、掉，其中穿透損失為主要的能量損失機制。由于EAST中性束注入器的切向注入半徑較小，電流驅(qū)動的能力相對較弱，僅能貢獻10％左右的非感應(yīng)驅(qū)動電流。對EAST不同束注入條件下的實驗結(jié)果統(tǒng)計發(fā)現(xiàn)，中性束加熱和電流驅(qū)動的效果會受到多種物理因素的影響。由中性束注入引起的等離子體儲能的增長與束注入的功率基本上呈線性增長關(guān)系。中性束注入下H模放電期間的能量約束時間是L模放電期間的能量約束時間的1.5-2倍，H模放電期間的等離子體能夠運行到更高的密度空間

4、。
　　在等離子體電流爬升段注入適量功率和能量的中性束有利于改變優(yōu)化等離子體的電流剖面、節(jié)省上升段伏秒數(shù)消耗以及對等離子體進行有效的預(yù)加熱等，是先進的等離子體運行模式之一。目前，在EAST上已經(jīng)開展了相關(guān)初步的物理實驗研究，并觀察到了較為明顯的中性束預(yù)加熱效果。本文對EAST典型的中性束預(yù)加熱實驗進行了熱輸運分析，重點研究了低密度下中性束注入的能量損失問題。并在此基礎(chǔ)上，提出了“高密度爬升率，逐級加熱”的中性束預(yù)加熱等離子體物理實