托卡马克等离子体湍流和输运的实验研究00
CT-6B托卡马克等离子体湍流中相关结构的特性研究
CT-6B托卡马克等离子体湍流中相关结构的特性研究
张庆利;王慧娟;董丽芳
【期刊名称】《河北大学学报（自然科学版）》
【年(卷),期】2003(023)001
【摘要】采用双正交分解技术对CT-6B托卡马克等离子体中的多道时空信号进行了分析和对比,结果表明它能够较好的滤除信号中的背景噪声,将相关结构从等离子体湍流中提取出来,并通过对其中相关结构的分析,得到了表征相关结构的权重元素.【总页数】3页(P19-21)
【作者】张庆利;王慧娟;董丽芳
【作者单位】河北大学物理科学与技术学院,河北,保定,071002;河北大学物理科学与技术学院,河北,保定,071002;河北大学物理科学与技术学院,河北,保定,071002【正文语种】中文
【中图分类】TL329.2
【相关文献】
1.平板表面脊状结构对局部湍流特性的影响研究 [J], 王松岭;邓宇涵;吴正人;李子骏;郝晓飞
2.翼型边界层及近场尾流的湍流特性与气动噪声特性相关规律试验研究 [J], 白存儒;何克敏;武延祥;郭渠渝
3.矩形壁面微结构对管道内湍流流动特性的影响研究 [J], 李恩田;郑一;庞明军;胡祥
4.非能动余热排出系统换热特性研究及相关湍流模型评价 [J], 张盼;赵传奇;潘昕怿;
胡文超;钱晓明
5.稳定分层流动中湍流统计特性和输运特性的数值研究 [J], 邱翔;黄永祥;卢志明;刘宇陆
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托卡马克等离子体的转动平衡与波注入
托卡马克等离子体的转动平衡与波注入胡希伟华中科技大学（2007-02-26）一． 带有转动的平衡问题及其对稳定性分析和输运过程的影响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，并未计入流函数的影响。
或者说在磁流体的运动方程中()u u u P J B tρρ∂+⋅∇=-∇+⨯∂ ， 在平衡（也即静态，/0ut ∂∂= ）时，取平衡流u 0 = 0。
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。
而如果从能量方程中来看，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—流体交叉的螺旋性。
而且它们之间会相互转换。
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，相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Zonal Flow应当从基于转动的平衡态出发考虑，然后又会参加到平衡流中去。
因此，完整的Zonal Flow理论（或模拟）必须和平衡的转动流自洽地一起考虑。
二．多模、大功率射频波注入等离子体后的波—波及波—粒子非线性相互作用。
目前多数的射频波注入等离子体的理论和模拟研究，都采取以下近似：入射波是单模的，波在等离子体中的传播是用几何光学近似（Ray trancing）方法，等离子体的响应是线性的。
一种高强度超导托卡马克聚变实验装置
一种高强度超导托卡马克聚变实验装置高强度超导托卡马克聚变实验装置，是目前聚变研究领域的热点。
其中，托卡马克装置是一种产生等离子体的实验装置，它利用强磁场约束等离子体。
高强度超导托卡马克聚变实验装置主要研究用于解决能源短缺问题的可控核聚变能技术。
在这篇文章中，我们将探讨这种新型的聚变实验装置的性质和应用。
一、高强度超导托卡马克聚变实验装置的构建高强度超导托卡马克聚变实验装置是由一系列超导磁体和等离子体组成的。
其中等离子体是通过将氢等离子体放置在强磁场中产生的。
托卡马克装置的核心是含有电流的环形磁场线圈，它的作用是平衡产生的等离子体的热、压力和离心力，从而维持等离子体保持稳定状态。
这种超导磁体可以在极低温下使用，这意味着其电阻很小，电流可以在它们的内部无阻力流动，从而产生非常强的磁场。
这些超导磁体由含有高温超导材料的细丝制成，是目前制造高强度磁体的最佳方法。
二、聚变实验装置的原理在聚变核反应中，将两个轻原子核聚合成一个重原子核的反应是关键。
这种反应过程产生的能量被称为聚变能，是目前人类所知道的最大能量密度之一。
超导托卡马克聚变实验装置的主要目标是产生超过能量输入的聚变能量。
为了达到这个目标，等离子体必须达到足够高的温度、密度和时间来加速这种核反应。
要达到高温状态，等离子体必须从外部输入大量的能量。
可以通过加热等离子体来实现。
现在，加热等离子体的最常用方法是通过将高频电流注入等离子体中，从而使等离子体的温度升高。
在聚变反应中，等离子体的密度也非常重要。
当两个轻原子核靠近时，由于它们的高速碰撞，它们的电荷云开始重叠，在核心展开的强磁场控制下，开始发生聚变反应。
三、高强度超导托卡马克聚变实验装置的应用高强度超导托卡马克聚变实验装置的主要应用是探索核聚变能技术的潜力。
它可以帮助我们了解如何更好地利用类似于太阳的自由能，更好地理解聚变反应的物理、化学过程，并开发新型的清洁能源。
聚变技术的发展还可以产生其他好处，如减少化石燃料的使用，最终减少二氧化碳和其他温室气体的排放。
托卡马克装置等离子体控制系统实时技术研究
托卡马克装置等离子体控制系统实时技术研究托卡马克装置中,等离子体控制是一项重要的基础性工作,作用是快速精准地对等离子体的各项参数进行实时控制,并且涉及到多种控制算法以及多个系统之间的协调运作,是托卡马克装置运行和深入的物理实验的前提和基础。
现代托卡马克装置中,等离子体控制系统通常是一个由多个子系统通过各种网络连接起来构成的复杂实时控制系统。
实时控制技术是等离子体控制系统的关键技术,是数据采集、实时反馈计算、联锁保护、实时数据传输等功能的重要基础。
本文根据等离子体控制系统实时控制软件开发的需求,设计并开发了一个灵活的跨平台、多线程、模块化的实时软件框架(JRTF)。
该软件框架使用C/C++开发,可以运行于Linux、Windows、QNX操作系统,并且将各个功能模块封装成类,实现了多线程、线程调度、线程间通信、高精度定时器、日志、网络通信、数据库等功能。
该软件框架在操作系统和控制算法之间建立了一个明显的边界,开发人员只需重点关注控制算法,其他所有的任务都可以通过框架内提供的对象来实现。
使用软件框架可以提高软件开发效率,使软件具有更好的维护性和扩展性。
并且该框架集成了 EPICS的核心功能,可以兼容其他基于EPICS的控制系统。
等离子体控制系统是一个硬实时系统,为了提高JRTF应用的实时性能,本文重点研究了基于Linux的实时操作系统,采用RT-Preempt patch的方案将普通Linux内核转变成完全可抢占式内核,大幅提高了系统响应的时间确定性。
本文研究了Linux系统下的时钟、定时器、调度策略、电源管理等内容,在JRTF软件框架中集成了针对系统实时性的调校方法。
本文针对实际等离子体控制系统应用状况对实时Linux操作系统的各项性能参数做了详细测试,测试结果表明基于RT-Preempt patch的实时Linux系统的各项实时性能均满足等离子体控制的硬实时需求。
本文以JRTF框架和实时Linux系统为基础,设计并实现了新一代的J-TEXT装置等离子体控制系统,具体完成了以下内容并进行了相应的创新:采用NIPXI平台的硬件实现了全新的电源控制器硬件系统;结合JRTF框架,实现了 J-TEXT脉冲磁体电源控制软件的所有功能抽象,极大地提高了同类型控制系统的开发效率;研究了基于反射内存的实时网络,组建了星型拓扑结构的硬实时网络,可以实现微秒级别的数据同步;基于NI CompactRIO平台设计实现了 J-TEXT等离子体控制系统中的联锁保护系统;设计了分布式计算框架用来实现J-TEXT装置原有的等离子体控制算法,并且对新系统的运行参数进行了整定;本文还针对未来的基于实时平衡反演的等离子体控制算法设计了集中式计算框架。
托卡马克等离子体密度梯度对边缘输运垒形成的作用
时的电子扩散系数 的分 布。可见 ， 当在 一定 数值 范 围内增 加
加 热功率时 ， 离子 扩散 系数增 大 ， 约束变 坏 ， 这就是 所谓 的低 约束模式［ 。而当加热功率 继续增 大到 １ ＭＷ 时 ， １ ］ ８ 离子扩 散
Ａ ｓｒｃ Ａ ｎ ｍｅｉ ｌ ｉ ｌｔ ｎｏ ｈ Ｅ ｏ ａ ｋ ｐａｍａｔａ ｓ ｏ ｔ ｓ ｍｐｅ ｎ ｅ ｙｕ ｉｇＯ ｅ ｂｔａｔ ｕ ｒ ａ ｓ ｃ ｍｕａｉ ｎｔ ｅ Ｔ ｔｋ ｍａ ｌｓ ｒｎ ｐ ｒ ｌｍｅ ｔｄｂ ｓ ｎ — ｏ Ｊ ｉｉ ｎ
＝３ ， ｍ 小半 径 ｎ ｍ ， —ｌ 中心环向磁场 Ｂ 一２ ４ ， ． Ｔ 等离子体电 流 Ｊ ． ＭＡ 。总加 热功 率包 括 欧姆 加 热功率 和 中性 束加 一２ ３
热、 离子 回旋波加热等辅助加热功率 ， 在对 Ｊ Ｔ装置 中的等离 Ｅ
子体输运过 程进行模 拟时通过加大 辅助加热 功率 来增加 总的
加热功率 。
为了研究等离子体 的密度 分布和输运 垒形成 的关 系需要 实 现对 托卡马克 等离子 体 的输运 的模 拟 ， 考虑 托卡 马克 等离 子体 中的粒子包括氢离子 、 电子 以及 少量 杂质离子 ， 电子密 则
度 ｎ和 ｎ 杂 质密度 满足连续性方程 ：
卺＋ （ ）Ｓ ＺＳ ÷ ＝． ＋Ｚ
时， 边缘处 的离子密度 随之增大 ， 但密度梯 度变化趋 势基本 相
同， 变化都 比较平缓 ； 当加 热功率继 续增大 到 １ＭＷ 时， ８ 边缘 处的离 子密度梯度 突然增 大 ， 变得 很 陡峭 ， 这正是 Ｅ Ｂ形 而 Ｔ
托卡马克等离子体中逃逸电子动理学的实验研究
报告内容
• • • • • 1. 2. 3. 4. 5. 基本理论； 研究意义； 选题内容； 现有诊断系统； 已做工作。
选题内容
• 1. 逃逸电子的产生机制、能量分布以及诊 断逃逸电子的可行探测手段。 • 2. 逃逸电子的两种产生机制在不同放电条 件和放电阶段的不同作用效果。 • 3．低杂波电流驱动下剩余环电压对逃逸电 子的作用效果。 • 4．利用低杂波、磁场波纹共振或通过注入 惰性气体等方法来寻求抑制逃逸电子可行 手段。( )
(correspond to 50 times the electron content)
Injection of
20.9 ×1021atoms of argon
(correspond to 200 times the plasma electron content)
1. Argon injection can cause the generation of runaways carrying up. 2. Disruptions caused by argon injection finally become runaway free for very large numbers of injected atoms (about 140 times the plasma electron content) 3. Disruptions triggered by injections of deuterium, helium or of mixture of argon with deuterium are runaway free.
Lower hybrid current drive (LHCD)
1.低杂波在0.44s注入； 2.环电压由1.52V降到0.14V； FEB 3.FEB保持在一个较高的水平；
EAST托卡马克边界层杂质输运模拟研究的开题报告
EAST托卡马克边界层杂质输运模拟研究的开题报告一、研究背景托卡马克是利用核聚变技术实现能量转化的重要设备之一，其利用等离子体的特性来实现核聚变反应，同时等离子体的边界层同样对反应的稳定性和效率起着重要的作用。
然而，在等离子体的边界层会存在大量的密度和温度的变化，同时也会存在大量的杂质物质（如氦和碳等），这些都会对反应的稳定和效率产生影响。
因此，研究边界层的杂质输运规律以及相应的模拟方法具有重要意义。
二、研究目标本研究旨在研究 EAST（Experimental Advanced Superconducting Tokamak）托卡马克边界层内杂质输运的规律，并探索相应的模拟方法，以期为托卡马克反应的稳定性和效率提供参考。
具体研究目标包括：1.研究EAST托卡马克边界层内的杂质输运规律，包括密度和温度的变化等。
2.探究不同杂质物质在边界层内的输运规律，比较它们之间的差异和共性。
3.建立相应的杂质输运模型，以期对边界层内杂质输运进行模拟和预测。
4.验证模型的可行性和精度，为实际应用提供可靠的保障。
三、研究内容本研究的主要内容包括：1.综述现有的托卡马克边界层杂质输运研究成果，明确问题和研究进展。
2.收集EAST托卡马克相关的实验数据，并进行数据处理和分析，明确实验中出现的问题和现象。
3.建立边界层杂质输运模型，考虑不同杂质物质在边界层内的输运规律和边界层的各种条件参数等因素。
4.进行模型的数值模拟，比较模拟结果与实验数据的差异和联系，并对模拟结果进行误差分析和评估。
5.验证模型的可行性和精度，为实际应用提供科学依据。
四、研究方法本研究采用的主要方法包括：1.文献调研法：综述已有的托卡马克边界层杂质输运研究成果，明确本研究的问题和研究进展。
2.实验方法：收集EAST托卡马克相关的实验数据，并进行数据处理和分析，明确实验中出现的问题和现象。
3.建模方法：建立边界层杂质输运模型，考虑不同杂质物质在边界层内的输运规律和边界层的各种条件参数等因素，以期对边界层内杂质输运进行模拟和预测。
托卡马克等离子体粒子运输
托卡马克等离子体粒子运输介绍托卡马克是一种用于实现核聚变反应的装置，它通过将氢等离子体加热至极高温度并将其稳定在磁场中，从而使核聚变反应发生。
然而，在实现核聚变反应的过程中，需要对等离子体粒子进行运输和控制。
本文将详细探讨托卡马克等离子体粒子运输的相关问题。
等离子体粒子运输的挑战在托卡马克等离子体中，等离子体粒子的运输是一个复杂而关键的过程。
等离子体粒子的运输过程中面临着以下挑战：1. 粒子的损失等离子体粒子在运输过程中可能会与周围环境相互作用，导致粒子的损失。
这些相互作用包括碰撞、辐射损失等，这些损失将影响等离子体的稳定性和聚变反应的效率。
2. 粒子的热传导等离子体粒子的运输过程中，热传导是一个重要的因素。
等离子体粒子的热传导会导致能量的损失和等离子体的不稳定性，因此需要采取措施来减小热传导的影响。
3. 粒子的输运等离子体粒子的输运是指等离子体粒子在磁场中的运动。
由于磁场的复杂性，等离子体粒子的输运过程中可能会出现混乱和不稳定的现象，因此需要采取措施来控制粒子的输运。
等离子体粒子运输的方法为了解决等离子体粒子运输过程中的挑战，科学家们提出了多种方法和技术。
下面将介绍几种常见的等离子体粒子运输方法。
1. 磁约束磁约束是一种常见的等离子体粒子运输方法，它利用磁场来约束等离子体粒子的运动。
通过调整磁场的强度和方向，可以控制等离子体粒子的输运路径，从而实现粒子的运输和控制。
2. 高功率激光高功率激光是一种将能量传递给等离子体粒子的方法。
通过激光的作用，可以加热和操控等离子体粒子，从而实现粒子的运输和控制。
3. 等离子体注入等离子体注入是一种将等离子体粒子注入到托卡马克中的方法。
通过控制注入速度和位置，可以实现粒子的运输和控制。
等离子体粒子运输的应用等离子体粒子运输在核聚变研究和应用中具有重要的意义。
下面将介绍几个等离子体粒子运输的应用领域。
1. 聚变能源等离子体粒子运输是实现核聚变反应的关键步骤。
通过控制和运输等离子体粒子，可以实现高温和高能量的核聚变反应，从而产生清洁和可持续的能源。
托卡马克的启动与等离子体成形控制研究
肖炳甲、张锦华、李弘 等 中国科学院等离子体物理研究所 西南物理研究院 中国科学技术大学
汇报内容
• 项目的立项依据
• 项目的研究内容、研究目标以及拟解决的 关键问题
• 技术路线、创新处及可行性分析
• 研究基础、条件和团队
立项科学意义
• 托卡马克启动直接关系到等离子体的品质 和顺利运行
Z [m]
0 PF2 -0.5 IC2 PF4 PF14 -1 PF6 -1.5 PF12 PF8 -2 0.5 1 PF10 1.5 2 R [m] 2.5 3
• 其他还开展了放电模拟、位形反演、平衡计算、平 衡理论、垂直位移不稳定性、装置运行区间等研究 • 然而，
– EAST上尚未建立起磁面位形反馈控制系统，而建立良好控 制，需要研究等离子体启动、等离子体在不同模式下的响 应，这也是各个实验阶段重要的研究内容之一 – 改造后的HL－2A上将有大拉长位形，形状控制和垂直位 移控制将是主要课题之一 – EAST上超导磁体特性要求开展小误差和低电流变化研究， 要求对等离子体行为的预测研究 – EAST上大电流、大拉长、长时间下的稳定运行控制是主要 物理内容之一 – 国内的启动研究尚不够全面和深入，HL2A，EAST和J－ TEXT提供了极好的平台
国内研究现状1
• HL-2A上通过优化控制方法和技术，获得了 连续23次稳定重复的偏滤器位形放电
国内研究进展2
• HL-2A上卓有成效地开展了大功率ECR加热实验
在轴加热时电子温度的绝对测量结果
在轴加热时的电子温度空间分布
• HL-2A上还实现了稳定可靠的密度控制、环向场控 制、水平场控制 • HL－2A上开展了低环电压启动和电流上升研究 • EFIT反演和TSC放电模拟研究
托卡马克等离子体粒子运输
托卡马克等离子体粒子运输一、概述托卡马克等离子体粒子运输是指等离子体粒子在托卡马克设备中的传输过程。
等离子体是由气体分子或原子经过电离后形成的带正负电荷的粒子，其运输特性对于实现核聚变反应至关重要。
二、等离子体物理学基础1. 等离子体的定义和性质等离子体是一种带正负电荷的气态物质，其主要特征是存在自由电荷和磁场效应。
等离子体具有高温、高密度、高能量和高速度等特点，广泛应用于工业、医学和科学研究领域。
2. 托卡马克装置及其原理托卡马克装置是目前实现核聚变反应最有前途的一种设备。
它利用磁场将氢等离子体困于空间中，并通过加热手段使其达到足够高的温度和密度，从而实现核聚变反应。
三、等离子体粒子运输模型1. 粒子运动方程在托卡马克装置中，粒子运动方程可以表示为：m(dv/dt) = q(E + v × B) + F其中，m是粒子质量，v是粒子速度，q是粒子电荷，E和B分别代表电场和磁场，F是其它力的合力。
2. 粒子输运方程在等离子体中，粒子之间的相互作用非常复杂。
为了描述等离子体中的粒子输运过程，通常采用输运方程来描述其演化。
常见的输运方程有扩散方程、对流扩散方程和泊松-泊尔兹曼方程等。
四、等离子体粒子输运模拟方法1. 粒子轨迹模拟方法在托卡马克等离子体中，由于存在复杂的磁场和电场分布情况，传统的数值模拟方法难以准确地描述其粒子输运过程。
因此，通常采用基于蒙特卡罗方法的轨迹模拟方法来进行研究。
2. 粒子输运模拟软件目前已有许多针对托卡马克等离子体粒子运输问题开发的软件工具。
例如TRANSP、ASCOT、NUBEAM等软件可以用于模拟等离子体粒子输运过程，并对实验结果进行分析和预测。
五、托卡马克等离子体粒子运输的应用1. 核聚变反应研究托卡马克等离子体粒子运输研究对于实现核聚变反应具有重要意义。
通过模拟等离子体中的粒子输运过程，可以预测核聚变反应的效率和稳定性，为核聚变反应的实现提供理论依据。
2. 等离子体材料相互作用研究在托卡马克等离子体中，等离子体与装置壁材料之间的相互作用非常复杂。
托卡马克动量输运研究
HL-2A
主要研究内容
研究ECRH、调制ECRH、ECCD实验中环向动量输运的变化 H模放电的不同阶段环向动量输运的变化 用ONETWO和GCNMP代码分析环向动量输运的变化与离子热输运、湍流能量 变化的关系，研究旋转变化的机制。。 HL-2M装置动量输运实验的模拟和预测
最近一年已经完成的工作和正在做的工作 开展了ECRH、调制ECRH环向动量输运实验，以及H模放电的环向动量输运实验。 正在用ONETWO分析环向动量输运的变化与离子热输运变化的关系。
V
B1.1
P
1.0
I R 1.9 2.2 P
即自发环向旋转速度与磁场、压强梯度、 等离子体电流和大半径有关。 由Rice Scaling预测出ITER的旋转速度 超过300 km s-1。
HL-2A
国际、国内研究现状
等离子体自发的环向旋转的研究一般采用两束功率相同方向相反的NBI； Rice Scaling中没有提到ECRH的影响； 在2012年的KSTAR和HL-2A装置上都开展了ECRH的环向旋转实验，都发现了 ECRH引起环向旋转速度的降低； 2013年在HL-2A装置上都开展了调制ECRH的环向旋转实验，发现环向旋转速度 随ECRH的调制变化； EAST装置上也利开展了H模自发旋转研究。
HL-2A
ECRH环向动量输运
ECRH引起环向旋转速度的变化
ECRH引起离子温度的变化
芯部环向旋转速度的变化与ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ 子温度的变化呈近线性关系
HL-2A
调制ECRH环向动量输运
HL-2A
调制ECRH环向动量输运
HL-2A
H模放电的环向动量输运
H模放电不同阶段环向旋转速度的变化
ONETWO代码分析的H模放电不同阶 段环向旋转的输运系数
托卡马克等离子体湍流的实验研究
托卡马克等离子体湍流的实验研究介绍在等离子体物理学中，湍流是一个重要的研究课题。
本文将探讨托卡马克等离子体湍流的实验研究，首先介绍湍流的基本概念和特性，然后讨论湍流在托卡马克等离子体中的影响以及当前的实验研究进展。
湍流的基本概念和特性湍流是流体运动中的一种不规则、混乱的状态。
与稳定的层流相比，湍流具有以下几个主要特点： 1. 高度非线性：湍流中存在着非线性相互作用，导致流体运动的不可预测性。
2. 随机性：湍流运动具有随机性，无法精确地预测其演化过程和状态。
3. 多尺度性：湍流结构存在多个尺度，从宏观到微观都有不同的湍流结构。
湍流在托卡马克等离子体中的影响托卡马克是一种用于研究核聚变的装置，其中的等离子体湍流对于核聚变反应的稳定性和效率起着重要作用。
湍流在托卡马克等离子体中的影响主要体现在以下几个方面：1. 热输运湍流可以显著增加等离子体的热输运。
等离子体中的湍流运动可以导致热量在空间中的不均匀分布，使得等离子体的中心温度较低。
这对于核聚变等离子体的稳定性和热效率都是不利的。
2. 粒子输运湍流还会增加等离子体中粒子的输运。
湍流运动会导致粒子在等离子体中的不规则扩散，使得粒子损失增加。
这对于核聚变反应的可控性和效率带来了挑战。
3. 磁约束在托卡马克中，磁场被用于约束等离子体。
然而，湍流运动可以打破磁场的约束，使得等离子体发生不稳定的运动。
这对于核聚变反应的可控性和稳定性造成了影响。
当前的实验研究进展针对托卡马克中的等离子体湍流问题，目前已经进行了大量的实验研究。
下面将介绍几个重要的研究进展：1. 实验观测研究人员通过各种实验方法，如激光诊断技术、高速摄影等，对托卡马克中的湍流行为进行观测。
这些观测结果为湍流的理论研究提供了重要的实验数据。
2. 数值模拟利用计算流体动力学方法，研究人员通过数值模拟等离子体的湍流行为。
这些数值模拟结果可以帮助揭示湍流产生机制，为进一步优化托卡马克等离子体提供理论指导。
HL-1M托卡马克电子回旋加热等离子体的电子热输运研究
HL-1M托卡马克电子回旋加热等离子体的电子热输运研究符宏军;丁玄同
【期刊名称】《核工业西南物理研究院年报》
【年(卷),期】2004(000)001
【摘要】本文简单回顾了托卡马克装置电子热输运研究的一些重要结果。
介绍了输运研究的基本概念，包括经典输运、新经典输运和反常输运，利用热脉冲扰动研究等离子体输运的方法以及在平衡态和扰动态研究等离子体输运的特点，在HL-IM托卡马克上的电子回旋加热条件下，分别用电子回旋辐射和软X射线诊断系统测量电子温度分布以及电子热扩散系数。
给出了用内破裂引起的电子温度扰动来计算等离子体电子热输运系数的方法。
最后，研究了在HL-IM托卡马克电子回旋加热过程中，电子温度剖面、归一化的电子温度梯度特征长度及在等离子体约束区电子热输运特性。
【总页数】1页(P144)
【作者】符宏军;丁玄同
【作者单位】无
【正文语种】中文
【中图分类】O53
【相关文献】
1.HL-1M装置中电子回旋加热等离子体的热输运研究 [J], 丁玄同;符宏军;刘仪;徐德明
2.3．3 托卡马克等离子体电子回旋波加热的Fokker-Planck研究 [J], 石秉仁;龙永兴;董家齐;郦文忠;焦一鸣;王爱科
3.1．4 HL-1M装置电子回旋加热过程中的超热电子测量 [J], 杨进蔚;张炜;曾庆希
4.HL-1M装置电子回旋加热过程中的超热电子测量 [J], 杨进蔚;张炜;曾庆希
5.电子回旋共振加热期间的电子热输运和约束 [J], 邝跃军;龚学余;孙爱萍
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HL-2A托卡马克偏滤器脱靶时边缘极向旋转和湍流动量输运
HL-2A托卡马克偏滤器脱靶时边缘极向旋转和湍流动量输运龙婷;柯锐;吴婷;高金明;才来中;王占辉;许敏
【期刊名称】《物理学报》
【年(卷),期】2024(73)8
【摘要】偏滤器脱靶为降低托卡马克靶板热负荷提供了一种有效的解决方案,但脱靶可能引起边界等离子体状态发生变化,影响整体约束性能.本文报道了在中国环流器二号A托卡马克上开展的L模放电偏滤器脱靶时边界等离子体极向旋转和湍流动量输运的实验研究.采用在偏滤器室注入混合气体(60%氮气+40%氘气)的方式实现了偏滤器脱靶.研究发现,在未脱靶-预脱靶-脱靶过程中,实验测得的近刮削层区域E×B极向流速与湍流动量对极向旋转的驱动作用(雷诺应力)的演化一致;相较于未脱靶状态,脱靶时等离子体边缘极向速度剪切明显降低,导致湍流水平增强.在湍流输运和辐射都增强的共同作用下,等离子体整体约束性能下降.研究表明,边缘湍流输运和等离子体旋转动力学在偏滤器脱靶影响整体约束的芯-边耦合机制中发挥作用.【总页数】8页(P369-376)
【作者】龙婷;柯锐;吴婷;高金明;才来中;王占辉;许敏
【作者单位】核工业西南物理研究院
【正文语种】中文
【中图分类】TL6
【相关文献】
1.托卡马克实验与工程——HL-2A装置上芯部弹丸加料中的电子热输运研究
2.托卡马克实验与工程——HL-2A装置偏滤器物理分析和实验的初步结果
3.HL-2A装置偏滤器的脱靶等离子体实验
4.HL-2A偏滤器托卡马克真空室的预装
5.托卡马克离子温度梯度湍流输运同位素定标修正中杂质的影响
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稳态输运分析
• 稳态输运方程解
已知量：源项和损失项(即加热、加料、动量源，粒
子直接损失、电荷交换损失、电子—离子能
量耦合等)，以及态参数的剖面分布。
求解量：输运通量
• 输运通量与输运系数
D
n r
严格讲，每个通量都与所有的热力 学力（分布梯度）有关，因此必须考虑
i
i
Vi r
完整的通量矩阵，即包括非扩散的、非 对角项的输运系数。通常假定通量主要
扰动输运分析(续)
• 扰动方法 调制电子回旋加热 锯齿不稳定性 调制充气 弹丸注入 激光烧蚀杂质注入
电子热输运 电子热和粒子输运 粒子输运 粒子输运 杂质输运
能量约束时间
dW P W
dt
E
W
3 2
ne (Ti
Te )dV
W 等离子体总内能 P 等离子体总加热功率 E 等离子体总能量约束时间
i a (2Ti M i )1 2 M i eBa 20n(Te Ti ) B2 ( ii ) b ii 3 2qR(M i Ti )1 2 ,
r R
无量纲参数定标律(续)
• 根据量纲分析,扩散系数和约束时间可用如下形 式表示
• 扩散系数
cs(*) F( *, , q, A, , , LT R,
U T
T0
其中U为热pinch速度,下标’0’表示平衡量。
扰动输运分析(续)
• 瞬态微扰输运方程(续)
线性化的能量输运方程为:
3 2
n0
T t
(n0eff T
n0Ueff T )
n0T
ei
PECH
取 T 和 PECH 的付里叶变换,
T T exp(it), PECH P exp(it)
即飞行粒子和捕获粒子。 • 在低温、碰撞等离子体中，捕获粒子成分可忽略，这
时主要是飞行粒子的输运。由于环效应产生径向的力， 它驱动径向对流速度，它使得净输运系数大于园柱的 情况。 • 在高温、低碰撞等离子体中，捕获粒子被局域磁镜捕 获而形成香蕉轨道，其输运步长是由香焦轨道宽度(即
b 0.5q , r R )决定。
输运过程的流体描述
• 输运方程（轴对称，磁面平均）
n t
1 r
r
(r
)
S
m n
Vi t1 rr(i)Mi
3 2
n
T t
1 r r
r
Q
5 2
T
P
其中 ,i 表示粒子种类(电子或离子)，和速度分量
,,Q 分别为粒子、动量和能量输运通量 S , M , P 分别为粒子、动量和能量源及损失项
Q 则 由Tr此可得与到对局角域项输的运系系数数有的关估(如计左。侧公式示)，
经典输运
• 横越磁场扩散系数
D ei e2
e ee e2 D
i ii i2
mi
me
1 2 e
其中 v, 分别为碰撞频率和回旋半径
新经典输运
• 新经典输运是考虑环效应的经典输运。 • 在环形磁场中，粒子因其运动轨道的不同而分为两类，
• 粒子碰撞频率和随机行走的步长因轨道不同而不同。
新经典输运
• 香焦区
• 平台区
v veff b 1.0
D NC
0.5
2
eff b
~
3/ 2q2 DC
其中veff vei , b Vth Rq
1.0 3 2 DNC (Vthq R) DC
• 碰撞区
v 3/ 2 DNC ~ (1 2 q2 )DC 其中 为电阻率
Ueff 0, eff (x) constant, n0(x) constant 解:T Aexp(i )
A' A (k
2)
(1
2)
1
2
k
2 (when 0)
' (k
2)
(1
2)
1
2
k
2 (when 0)
k (3 2eff )1 2, 2 3
由此可得:
eff
3 4 ' ( A'
扰动输运分析
• 瞬态微扰输运方程
只考虑热源扰动对温度扰动传播的影响,能量输运方程线性 化,得: (PPCF, 37, 799 (1995); POF, B3, 3033 (1991))
3 2 n0
T t
q
P
q n0eff T n0Ueff T
eff
(T
)
T0
U (T
)
T0
U eff
U
T
T0
E
3 2
ne (Ti
Te )dV
P
(当 dW dt时)0
•扩散系数与能量约束时间
E a2 (a )2c B2 其中 a是等离子体小半径, 是 c碰撞时间
实验定标律
• LOC模(线性欧姆约束模)
• L模(低约束模)
• H模(高约束模)
无量纲参数定标律
• Kadomtsev指出, 当准中性条件成立时,定标律可 写成无量纲的形式,它除了无量纲的几何参数(如 截面拉长率 ,三角形变率 等)外,只涉及三个无 量纲的等离子体参数,即:
托卡马克等离子体 湍流和输运的实验研究
俞昌旋 中国科技大学近代物理系
2007.8.12，成都
讲课提纲
1. 输运研究基本方法简介
输运过程的流体描述 稳态输运分析 扰动输运分析 约束时间及其定标律 反常输运
2. 湍流输运
湍流诊断方法 涨落数据分析方法
3. 离子温度梯度模
4. ExB流剪切抑制湍流 5. Zonal Flows
• 等离子体参数可用无量纲参数表示为:
B
(q
M
2 i
( )6 a5 )1 4
n Mi ()2a2
T (q M i ( )2 a)1 2 • L 模和H 模能量约束时间可表示为:
得温度谐波扰动传播方程:
n0 (3i 2 1 )T (n0 eff T n0Ueff T ) P
假定 n0和eff是均匀的，且取U 0，得:
(3i 2 1 )T eff 2T P
扰动输运分析(续)
• 一维平板纯扩散方程的解
假定: P P (x), T (0) T, T () 0
A)
它与 无关
扰动输运分析(续)
NF, 43, 1396 (2003)
在 处0.扰4 动幅度
和相角的斜率发生变化, 表明电子温度分布在该
处通过Te 的Te阈值。
扰动输运分析(续)
• 稳态热扩散系数 PB与扰动扩散系数 HP 的关系
inc
eff
eff
T
T0
HP inc
PB eff
Ln R,..., me Mi ,Te Ti ,...)
• 约束时间 E c1( *)(2)G( *, , q, A, , , LT R,
Ln R,..., me Mi ,Te Ti ,...) • geroBohm和Bohm定标律
1 gyroBohm; =0 Bohm
无量纲参数定标律(续)