等离子体所在误差场锁模定标关键机理研究方面取得新进展
时间 : 2020-10-30     

近日,由EAST团队孙有文三维物理课题组王辉辉博士负责的误差场锁模研究取得了新进展。研究成果以“Toroidal field and q95 scalings on error field penetration in EAST”为题发表在核聚变领域核心期刊Nuclear Fusion(Wang H. H.,Sun Y. W. et al, Nucl.Fusion:60,126008(2020))。  

锁模诱发等离子体大破裂是未来磁约束聚变堆装置如ITER等能否高参数稳态运行面临的一个巨大挑战。为了避免锁模,ITER专门设计了校正场线圈(CC)系统,而锁模的定标模型与实验结果至今仍存在较大差异。因此近二十年来,国际上主要的托卡马克装置为此开展了大量的误差场锁模定标实验研究,而误差场锁模实验定标与理论模型仍然差距巨大且悬而未决。为此,自从2014年EAST上共振磁扰动系统建立以来,课题组系统性开展了误差场锁模实验研究,并取得了一系列新进展。课题组前期开展了测量EAST固有误差场[Wang H.H.,et al,Nuclear Fusion:56, 066011(2016)]和误差场锁模阈值与密度定标的研究[Wang H.H.,et al,Nuclear Fusion:58,056024(2018)]。 

课题组基于EAST详细研究了误差场锁模阈值与纵场、边界安全因子的定标关系。课题组首次给出了直接分析实验定标结果的广义理论公式。与此同时,课题组分别在欧姆和射频加热下开展了误差场锁模阈值与纵场的定标研究。针对两种加热情况均做了详细的物理区间分析,首次从理论上自洽解释了实验上观测到的锁模阈值与纵场的定标结果,并与其他装置结果进行了直接对比,见图1。同时,通过详尽的理论分析也成功解释了EAST上观测到的误差场锁模边界安全因子定标结果,见表1。此外,EAST误差场锁模研究的相关成果已编入国际托卡马克物理活动(ITPA)下磁流体、破裂和磁控制专题报告(MDC-19 2017,MDC-19 2019)中并提交到ITER总部,为ITER后续锁模研究提供参考。除此之外,该结果已应用到对CFETR误差场容忍度的外推上。 

以上工作得益于EAST大科学工程团队成员间的通力协作,这些系统性研究结果对于以后聚变堆设计以及评估聚变堆能否稳态高参数运行具有重要的科学意义和应用价值。相关研究受到国家重点研发、国家自然科学基金、国家磁约束核聚变能发展研究专项等项目的资助。 
论文链接:   

https://iopscience.iop.org/article/10.1088/1741-4326/abaff7   

http://iopscience.iop.org/article/10.1088/1741-4326/aab5c0  https://iopscience.iop.org/article/10.1088/0029-5515/56/6/066011

  
图1. EAST上纵场实验定标结果与其他装置结果比较 
表1. EAST上误差场锁模边界安全因子实验定标与理论分析吻合