摘要：离子回旋射频(Ion Cyclotron Range of Frequencies,ICRF)波加热是托卡马克装置上至关重要的辅助加热方式之一。托卡马克装置中国环流三号(HL-3,原名HL-2M)拟安装加热功率为6 MW的ICRF加热系统。本工作利用TRANSP程序,模拟并研究了ICRF加热的频率和功率对聚变中子产额以及快离子分布的影响。研究结果表明:ICRF的频率和功率对中子产额有显著影响,固定ICRF频率时,中子产额与加热功率成正比关系,而在固定ICRF加热功率的情况下,中子产额的增加幅度显著依赖ICRF的频率,在研究参数范围内,30 MHz的ICRF对中子产额的增加具有最显著的增强作用。快离子分布的模拟结果显示,在考虑ICRF加热后,中性束和ICRF的协同加热机制能够将快离子加热至最高1 MeV,有效地提高了中子产额。此外,基于中子相机诊断的概念对中子信号进行了仿真。结果表明,中子相机能够有效地测量到由ICRF加热导致的中子产额高低和分布剖面的变化,这为将来优化中子相机诊断系统设计和测量中子空间分布提供了一定的参考。

摘要：在中国聚变工程实验堆(CFETR)设计参数下,利用一种高能量粒子(EP)物理简化模型分析了磁流体动力学(MHD)不稳定中新经典撕裂模(NTM)引起的粒子再分布和损失。相位矢量旋转法利用EP相空间中小间隔区域内跟踪探测粒子对来判定粒子轨道随机与否,即记录连接矢量旋转角的方法标记该区域是否存在KAM面破缺,以此为据修正相空间的粒子分布函数和判断粒子损失。利用相空间探测粒子对相位矢量旋转法标记一定NTM幅度下的随机区域分布并迭代得到稳态分布剖面。对捕获粒子区域的共振岛探测结果表明,低频或零频率扰动不会与高能量α粒子形成有效共振,MHD扰动和有效碰撞效应可能使捕获-通行轨道边界附近形成损失通道。

摘要：托卡马克聚变堆中高能量alpha粒子的良好约束是获得稳态燃烧等离子体的前提,除了磁场波纹损失,不稳定性也会引起额外的损失.本文基于中国聚变工程试验堆(CFETR)参数, alpha粒子初始分布和新经典撕裂模(NTM)扰动分布,利用粒子导心跟踪方法分别对磁场波纹和NTM两种扰动及叠加下的粒子损失进行了详细的数值模拟.结果显示粒子损失份额不随NTM扰动幅度增大而增大,两种扰动的叠加效应不明显.通过扫描装置波纹度大小以及分析相空间粒子密度和波纹损失区分布,确认原因是CFETR波纹损失区较小,没有覆盖高能量粒子(EP)密度和NTM扰动主要分布区.此外, NTM没有引起直接粒子损失和俘获粒子剖面坍塌.显著的俘获粒子密度剖面展平,并扩展到波纹损失区是两种扰动叠加效应显著的前提.无碰撞波纹随机扩散是CFETR初始分布alpha粒子的主要损失通道,通行粒子约束不受磁场波纹影响.本文研究结果对CFETR概念设计中alpha粒子物理和低频不稳定性下的EP行为具有重要意义.

摘要：EXL-50U装置高参数等离子体的实现对中性束注入(NBI)加热的依赖非常敏感,期望NBI快离子约束良好并通过碰撞慢化把能量传给背景等离子体.本文基于集成模拟给出的平衡位形、快离子分布和装置波纹度数据对快离子波纹损失开展了模拟研究.发现快离子波纹损份额约为37%,局域热斑约0.6 MW/m2,对装置实验运行来说不可接受.其优化方案包括移动等离子体位置和加FI(铁素体钢插件)降低波纹度,增大I_(p)(等离子体电流)以及优化NBI角度.结果显示必须控制波纹度分布且增大I_(p)到600 kA以上,才能使快离子损失降低到3%-4%,局域热斑降低一个量级.本文总结了装置设计时快离子波纹损失评估的方法,包括相空间快离子分布和波纹损失区重合度,全要素慢化时间尺度粒子跟踪.还总结了降低波纹损失的工程和物理途径,为集成模拟迭代优化和装置运行提供模拟支持。