等离子体约束和输运教学.ppt

第四章，等离子体约束和输运o引言o实验结果oL-H转换物理o能量约束定标律o粒子输运o动量约束１，引言一维流体输运方程密度动量能量极向磁场非对角项和非扩散项的作用（Wesson4.6.24,4.6.25,Ware pinch effect ）简单的粒子扩散模型D=const边界条件n(a)=0下的解能量扩散模型可在电流平顶段取P=IUL计算能量约束时间τＥ一维的能量输运方程热流　粒子流携带能量　加热功率内能项　　压强项郑(6.1.3)热扩散系数热导率电子和离子的输运粒子α分量的输运方程电子和离子的输运方程等离子体内的输运过程和新经典理论的差距经典输运新经典输运实验结果较新经典理论：Ｌ－模：电子：大２个量级　　　　离子：大１个量级　　　Ｈ－模：电子：仍然高　　　　离子；接近将差异归结于反常输运可能影响输运的微观不稳定性芯部主要湍流模式离子温度梯度模约束电子模电子温度梯度模非局域效应（自组织过程）o快时间尺度过程o参量剖面不变性２，实验结果（见石秉仁和Wesson书）欧姆加热一般结果新Alcator定标律，性欧姆约束区存在临界密度，其定标律代入定标率，得到饱和能量约束时间Ｌ－模运转实行辅助加热后，能量约束低于ＬＯＣ定标律的期望，称为Ｌ模，其特征为低的温度和边界区温度梯度。

Goldston定标律利用并设q为常数，更精确的ITER89-P定标律ASDEX上的Ｈ模运转Phys.Rev.Lett.49(1982)1408.βp≤电子密度，气流量，偏滤器反射原子流，电子温度，βpβp+li/2，比较H和L模能量约束时间和电子密度，比较H和L模改善约束模分类o边缘输运垒型ETB:H-modeo内部输运垒型ITB 反剪切或弱剪切:ERS,NCS　 无反剪切:supershot,VH-modeo边缘辐射型:RI-mode,IL-mode实现Ｈ模的实验方法o电子回旋波o离子回旋波o中性粒子束注入o低杂波注入o偏压孔栏H模的共同特征oHα或Dα辐射减弱o边缘粒子流下降o边缘密度涨落减弱o边缘磁场涨落减弱o边缘电场梯度上升已在托卡马克、串列磁镜、仿星器、球形环上实现Ｈ模的特点（ITER选择原因）o鲁棒性，在很多装置的不同条件下得到o对壁的条件要求不高o平的中心密度轮廓，避免杂质和氦灰集中o高密度好的约束，电子离子温度接近o对电流轮廓没特殊要求ELMs(Edge Localized Modes)DIIID上几种运行模式的边缘电子密度和温度ELM：MHD触发的弛豫振荡,可导致边缘处快的粒子和能量损失II型，变形截面Ｉ型，压强驱动，对约束影响小III型，幅度小，电流驱动，对约束影响大其它ETB改善约束模ASDEX上用反向中性粒子注入实现的改善约束模两个方向注入时极向比压随时间变化，不同测量和计算方法密度剖面随时间变化电子热输运减少，离子热输运达新经典水平TEXTOR上的改善I-模 33(1993)284实验结果和ITER98定标率的比较L模和I模电子密度和温度的轮廓圆截面，孔栏运转，硼化，中性注入JET上的DT运行中ITB的形成. 80(1998)5544.这一放电的三乘积达到niTiτE = 1×1021m-3·keV·s，并产生聚变功率，离子输运首次达到新经典水平．径向离子温度轮廓（中性粒子能谱），H，L模比较和时间发展离子热导和新经典理论比较JET上DT运行ELM型H模拟被ITER采用归一化β线平均ne中心TeDα线总聚变功率反剪切和内部输运垒（ITB）DIIID中性注入Tore-Supra低杂波驱动JT-60DIIIDDIIID上Ｌ模和Ｈ模对比，Ｈ模的电子热扩散率，离子热扩散率，角动量扩散率都大大降低．TFTR上的反剪切改善约束模(ERS). 7591995) 4417粒子和离子热扩散达到或低于新经典输运值两个时刻的q轮廓转换前后电子密度和压强分布电流和中性粒子注入功率波形无反剪切的ITB改善约束模DIIID硼化后的VH模能量约束时间为ITER98定标率的倍，高的中心电子密度和离子温度，Zeff接近１，无反剪切．ELM是一种边缘区扰动，可能和杂质积累有关改善L模(ASDEX-U)边缘辐射型改善约束模TEXTOR94上的RI模 . 77(1996) 2487逆磁能量，加热功率，辐射功率，电子密度，离子温度，增大因子示波图辐射功率分布加进1.5%的氖杂质，增加边界区辐射，无功率阈值，无ELMRI模的特点o高约束，和Ｈ模一样o高β,βNo高密度，nGRo约束随密度线性增加o准稳态,160τEo低q值,实验结果和定标律比较Greenwald密度极限改善H模(ASDEX-U)Nucl.Fusion,45(2005)617q0≥1，βN，ne/nGW≤，中心低的磁剪切放电示波图：电流Dα辐射中性注入功率内感βＮ约束增大因子相对密度中心密度与平均密度比　　约束增大因子与中心密度关系。