DIII-D 反磁剪切位形的次主导模与优化趋势
等离子体物理
2019-04-03 v1
摘要
在 DIII-D 反磁剪切位形中,阿尔文本征模与磁流体力学模被激发,可能限制装置的性能。我们采用全三维系统中的约化 MHD 方程,耦合了高能粒子的密度与平行速度矩方程(采用陀螺流体闭合)以及测地声学波动力学。本研究旨在为不同的磁场位形和中性束注入运行工况寻找避免或最小化 MHD 与 AE 活动的方法。模拟显示,在放电初期、反剪切区形成之前,等离子体处于 AE 不稳定而 MHD 临界稳定的状态。一旦反剪切区出现,理想 MHD 模即被激发,其增长率大于 AE。在放电过程中 MHD 模与 AE 共存,但随着反剪切区加深,MHD 模更加不稳定。模拟表明,在放电的不同阶段分别激发了 Beta 诱导 AE、环向 AE、椭圆 AE 与反剪切 AE。对 NBI 运行工况的进一步分析表明,若 NBI 注入为离轴注入,AE 稳定性可得到改善,因为轴上注入会导致增长率和频率更大的 AE。此外,降低束流能量或提高 NBI 相对密度会导致增长率和频率更大的 AE,因此弱共振区段的 NBI 运行所需束流能量高于实验值。若反剪切区及磁轴附近的 q 剖面位于有理面 q=2 与 q=1 之间,尤其是堆芯存在负剪切区、避免磁轴附近 q 剖面平坦,也可改善 MHD 线性稳定性。
引用
@article{arxiv.1904.01193,
title = {Subdominant modes and optimization trends of DIII-D reverse magnetic shear configurations},
author = {J. Varela and D. A. Spong and M. Murakami and L. Garcia and E. D'Azevedo and M. A. Van Zeeland and S. Munaretto},
journal= {arXiv preprint arXiv:1904.01193},
year = {2019}
}