聚变相关单驱动与多驱动 H$^-$ 离子源中射频功率耦合的数值研究
等离子体物理
2022-11-21 v1
摘要
ITER 大型强力中性束注入系统基于一种采用模块化概念的离子源，其中八个圆柱形驱动腔连接到一个共同的膨胀和引出区。在每个驱动腔中，通过感应耦合在 1 MHz 的驱动射频（RF）下以高达 100 kW 的功率维持等离子体，以产生聚变相关的氢束。这些高功率给电力系统带来巨大压力。单驱动试验台 BATMAN Upgrade 的最近测量表明，衡量等离子体吸收功率与总 RF 功率之比的 RF 功率传输效率 仅约为 0.5，存在优化空间。在具有四个驱动腔的多驱动试验台（如 ELISE）中， 被发现进一步降低至约 0.4。为解释这一差异，应用了先前已验证的自洽二维 RF 功率耦合流体模型。对于相同的每驱动吸收功率，该模型显示单驱动和多驱动源中等离子体参数和功率吸收的空间分布几乎相同。然而，由于驱动腔周围区域中磁性 RF 场的空间分布改变，多驱动模型中的线圈电流略有增加。通常，在多驱动源中采用导电屏蔽来消除各驱动腔间的电磁干扰。发现这些屏蔽更严重地影响 RF 场的空间分布，该效应高度依赖于 RF 线圈与屏蔽之间的距离。在 ELISE 离子源的情况下，模型计算出 进一步降低，与实验测量吻合良好。
引用
@article{arxiv.2211.10143,
title = {Numerical study of RF power coupling in fusion-relevant single- and multi-driver H$^-$ ion sources},
author = {Dominikus Zielke and Stefan Briefi and Ursel Fantz},
journal= {arXiv preprint arXiv:2211.10143},
year = {2022}
}