等离子体约束和输运教学讲义

1、等离子体约束和输运教学讲义，引言一维流体输运方程密度动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=constSrnrrDtn)(pnrnrrD)(边界条件n(a)=0下的解)4 . 2()()(0000arJnrDJnrnpDaDap8 . 54 . 2222能量扩散模型EWPdtdWVTTnWiee)(23可在电流平顶段取P=IUL计算能量约束时间一维的能量输运方程热流粒子流携带能量加热功率aaT23aaT内能项压强项郑(6.1.3)热扩散系数热导率aaan电子和离子的输运QuREjuPquuTnxu

2、Tnt)2123()2123(22)25(1)23(rnTDrTrrrPLPTndtdeeeeeeiRheee)25(1)23(rnTDrTrrrPLPTndtdiiiiieiCXhiii粒子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eierqD2)(eierqD22/3)(2)(etRrqvDeieD2iiii2eeee2经典输运新经典输运实验结果较新经典理论：模：电子：大个量级离子：大个量级模：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

3、参量剖面不变性，实验结果（见石秉仁和Wesson书）欧姆加热一般结果新Alcator定标律，在线性欧姆约束区存在临界密度，其定标律RaBATisatE0455. 0代入定标率，得到饱和能量约束时间模运转实行辅助加热后，能量约束低于定标律的期望，称为模，其特征为低的温度和边界区温度梯度。Goldston定标律37. 05 . 05 . 075. 1)()(037. 0aMWPRMAIpGpzIaRBaq2002)(利用并设q为常数，PaRBTG63. 175. 05 . 05 . 02 . 01 . 0205 . 03 . 02 . 185. 089)10/(048. 0PABnaRIiTpPI

4、TERE更精确的ITER89-P定标律ASDEX上的模运转Phys.Rev.Lett.49(1982)1408.p0.65R/a电子密度，气流量，偏滤器反射原子流，电子温度，pp+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o H或D辐射减弱o 边缘粒子流下降o 边缘密度涨落减弱o 边缘

5、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

6、，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Nucl.Fusion 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Phys.Rev.Lett. 80(1998)5544.这一放电的三乘积达到niTiE = 11021m-3keVs，并产生聚变功率8.2MW，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采用归一化线平均ne中心TeD线总

7、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-60DIIIDDIIID上模和模对比，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)Phys.Rev.Lett. 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3.5倍，高的中心电子密度和离子温度，Zeff接近，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)RI模的特点o 高约束，和模一样o 高,N=2.1o 高密度，nGRo 约束随密度线性增加o 准稳态,160Eo 低q值,2.7PITERGReRInn93实验结果和定标律比较2320)()()10(maMAImnpGRGreenwald密度极