非线性 MHD 模型对 ASDEX Upgrade 中碎片 pellet 注入的研究
等离子体物理
2026-01-30 v3
摘要
碎片 pellet 注入 (SPI) 被选为 ITER 破裂缓解系统的首选方案, 由于其更深的穿透深度、预期的高 assimil 效率以及快速的材料输送。本文描述了针对 ASDEX Upgrade 托卡马克中进行的非线性磁湍流动力学 (MHD) 模型仿真, 以测试不同注入参数对氦神经掺杂氘iber pellet 缓解效率的影响。仿真以流体形式执行, 并采用额外的标记粒子基于 OpenADAS 原子数据演化电荷态分布和辐射特性, 即采用碰撫-辐射模型。进行了氦神经分数扫描 (0-10%)。数值结果表明, 热缓急 (TQ) 发生在两个阶段。第一个阶段中, 大约有半数的热能通过随机场中的对流和导热输运突然丢失。该阶段与氦神经分数相对独立。在第二个阶段, 剩余热能的大部分通过辐射失去。若采用纯氘iber注入, 则第二个阶段可能完全不会发生。对于低氦神经分数 pellet (), 总材料约 20% 被等离子体 assimil, 由于等离子体全热坍缩发生得比高氦神经分数情形要晚。尽管如此, 随着氦神经分数的增加, 被 assimil 的氦神经原子数仍会增加。进一步研究了碎片尺寸和穿透速度的影响, 表明较慢且较小的碎片有助于边缘冷却和冷前端的形成。较快的碎片会导致 TQ 持续时间缩短, 且因能更快到达较热的等离子体区域而实现更高的 assimil 效率。
引用
@article{arxiv.2412.03112,
title = {Non-linear MHD modelling of shattered pellet injection in ASDEX Upgrade},
author = {W. Tang and M. Hoelzl and M. Lehnen and D. Hu and F. J. Artola and P. Halldestam and P. Heinrich and S. Jachmich and E. Nardon and G. Papp and A. Patel and the ASDEX Upgrade Team and the EUROfusion Tokamak Exploitation Team and the JOREK Team},
journal= {arXiv preprint arXiv:2412.03112},
year = {2026}
}