EAST上离子回旋波与中性束注入协同加热产生的高能粒子分布及输运研究

Investigation of ICRF-NBI synergetic heating induced fast ion distribution and transport in EAST tokamak

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中文摘要：在磁约束聚变等离子体中,离子回旋共振加热(ICRF)与中性束注入(NBI)是两种主要的加热方法.它们的协同加热一直都是聚变领域研究的重点.本文首先阐明了 ICRF高次谐波加热以及ICRF与NBI协同加热的基本原理.通过EAST托卡马克上实验和相应的TRANSP模拟,发现了 ICRF与NBI的协同加热不仅可以显著提高等离子体参数(极向比压、等离子体储能、离子温度、中子产额等),而且能产生大量高能粒子,形成高能粒子尾巴.例如,1 MW的ICRF三次谐波可将初始能量为60 keV的NBI高能氘离子加速至600 keV.通过改变氢少子含量、提高ICRF和NBI加热功率、使用ICRF在轴加热、优化NBI注入角度等,可以有效地提高协同加热效率以及高能粒子的能量.进一步地,将协同加热产生的高能粒子分布代入粒子轨道程序中,计算了高能粒子的输运以及其在第一壁上的损失.结果表明,损失的高能粒子的初始位置位于低场侧,且损失轨道大部分为捕获粒子轨道.高能粒子损失位置主要位于主限制器以及ICRF和低杂波限制器的中上平面.这些损失的高能粒子被认为是造成限制器上热斑的主要原因之一.

外文关键词：

ion cyclotron resonance heatingneutral beam injectionsynergetic heatingfast ion distribution

作者：

张伟、张新军、刘鲁南、朱光辉、杨桦、张华朋、郑艺峰、何开洋、黄娟

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作者单位：

中国科学院合肥物质科学研究院,等离子体物理研究所,合肥 230031

深圳大学物理与光电工程学院,深圳 518060

中国科学技术大学核科学技术学院,合肥 230026

关键词：

离子回旋共振加热中性束注入协同加热高能粒子分布

基金：

国家磁约束核聚变能发展研究专项国家磁约束核聚变能发展研究专项国家磁约束核聚变能发展研究专项国家自然科学基金国家自然科学基金国家自然科学基金国家自然科学基金国家自然科学基金国家自然科学基金国家自然科学基金

项目编号：

2022YFE031902002019YFE030700002019YFE030200042022YFE031902002019YFE030700002019YFE0302000412175273121051841197526511975276

出版年：

2023

DOI：

10.7498/aps.72.20230482

物理学报

中国物理学会，中国科学院物理研究所

物理学报

CSTPCDCSCD北大核心

影响因子：1.038

ISSN：1000-3290

年,卷(期)：2023.72(21)

参考文献量25