ASDEX Upgrade 中磁通量泵送的定量磁流体动力学建模
等离子体物理
2025-04-14 v3
摘要
最近在 ASDEX Upgrade（AUG）中实现了无锯齿混合场景，通过应用非感应电流源和辅助加热 [A. Burckhart et al 2023 Nucl. Fusion 63 126056]。AUG 中的控制实验表明，由异常电流重分布表征的自调节磁通量泵送机制负责将中心安全因子（q_0）钳制在接近 1 的值，从而防止锯齿振荡的出现。本工作基于双温度、粘滞电阻性、全磁流体动力学（MHD）模型和 JOREK 代码，对 AUG 混合场景中的磁通量泵送进行了数值和理论研究。为了定量建模磁通量泵送，我们基于 AUG 实验选择了实际参数、等离子体构型和源项。在不稳定 1/1 准互换模的初始饱和阶段（毫秒时间尺度上），q_0 表现出快速欠阻尼振荡并达到更接近 1 的值，这归因于核心等离子体的自调节和量级为 V/m 的快发电机效应。在更长的秒级电阻扩散时间尺度上，由 1/1 MHD 不稳定性引起的量级为 mV/m 的慢负发电机效应在磁通量泵送中发挥了有效作用，首次与实验观测结果取得了定量一致。最终饱和的 1/1 MHD 不稳定性表现出准互换模和撕裂模的特征，相关对流等离子体流速为几 m/s。来自慢发电机的环向负电场主导地抵消了正电流驱动并持续重分布电流密度和压力。因此，由于等离子体核心电流密度和压力的低剪切剖面，q_0 得以维持在接近 1 的值，系统进入无锯齿和准稳态螺旋态。
引用
@article{arxiv.2503.03344,
title = {Quantitative Magnetohydrodynamic Modelling of Flux Pumping in ASDEX Upgrade},
author = {Haowei Zhang and Matthias Hölzl and Isabel Krebs and Andreas Burckhart and Alexander Bock and Sibylle Günter and Valentin Igochine and Karl Lackner and Rohan Ramasamy and Hartmut Zohm and the JOREK team and the ASDEX Upgrade team},
journal= {arXiv preprint arXiv:2503.03344},
year = {2025}
}