EAST集成型小ELM H模高Z金属杂质输运机理研究

批准号:
11905146
项目类别:
青年科学基金项目
资助金额:
28.0 万元
负责人:
许棕
依托单位:
学科分类:
A2904.磁约束等离子体
结题年份:
2022
批准年份:
2019
项目状态:
已结题
项目参与者:
--
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中文摘要
高Z杂质输运一直是高参数、稳态长脉冲H模放电中的重要研究课题。在ELMy H-mode放电中,边界局域模带来的瞬时粒子流和热流轰击会导致第一壁高Z金属杂质进入主等离子体,这些高Z杂质的聚芯会带来严重的辐射功率损失并降低H模的约束性能和放电稳定性。对EAST上多种类型H模放电对比研究发现集成型小ELM(Integrated small-ELM,ISE)H模的杂质约束时间和整体辐射水平只与L模放电相当,同时可以维持较高的等离子体约束性能(H98~1.5, beta_N~1.5)。本项目将针对EAST ISE H模放电开展系统的实验研究,并结合边界与芯部杂质输运程序的模拟,理解这种模式下高Z金属杂质聚芯被抑制的物理机制,为EAST H模放电主动抑制高Z杂质提供物理依据。此项研究不仅有助于EAST实现高参数、稳态长脉冲的目标,而且对于将来ITER和CFETR高约束模式运行具有重要的参考意义。
英文摘要
High-Z impurities behavior is an essential issue must be concerned on approaching steady state high performance operation in future tokamak devices which have high-Z metal walls. The tungsten (W, Z=74) behavior in ELMy H-mode discharges is investigated on Experimental Advanced Superconducting Tokamak (EAST), which has a ITER-like tungsten divertor. The result shows a new regime of H-mode called integrated small-ELM (ISE) characterized by high q95, high radio-frequency (RF) heating power manifests an impurity confinement time and radiative power loss comparable to that of L-mode. The ISE H-mode also maintained a beta_N value ~1.5 which is apparent higher than that in high-enhanced-recycling (HER) and low-enhanced-recycling (LER) H-mode. In this item, combining the experiments and code modeling, deep investigations will be initiated for understanding the reason of impurity suppression in this H-mode regime and to push forward the high-Z impurity problem in steady state high performance operation in tokamak.
高Z杂质输运一直是高参数、稳态长脉冲H模放电中的重要研究课题。在ELMy H-mode放电中,边界局域模带来的瞬时粒子流和热流轰击会导致第一壁高Z金属杂质进入主等离子体,这些高Z杂质的聚芯会带来严重的辐射功率损失并降低H模的约束性能和放电稳定性。对EAST上多种类型H模放电对比研究发现集成型小ELM(Integrated small-ELM,ISE)H模的杂质约束时间和整体辐射水平只与L模放电相当,同时可以维持较高的等离子体约束性(H98~1.5, beta_N~1.5)。本项目针对EAST ISE H模放电开展系统的实验和模拟研究,理解这种模式下高Z金属杂质聚芯被抑制的物理机制,为EAST H模放电主动抑制高Z杂质提供物理依据。为了研究ISE H模放电条件下的芯部钨杂质输运行为,发展了芯部钨杂质辐射测量的相关光谱诊断。对新发展的快速极紫外光谱仪完成了波长和强度标定,并新搭建了两套带有空间分辨的极紫外光谱仪用于钨杂质辐射的空间分布测量。实验和模拟方面,通过总结ISE H模的运行参数区间和主要放电特性,主要研究了ELMy H模放电条件下等离子体参数以及环向旋转速度对芯部钨杂质输运的影响。通过对比纯LHW加热和LHW和ECRH混合加热下的杂质输运特性,发现LHW和ECRH混合加热更有利于增强芯部杂质输运,通过LHW功率扫描实验还发现降低碰撞率可以进而降低芯部钨杂质浓度;基于杂质输运理论,在EAST上研究了反向中性束对芯部钨杂质聚芯排除作用机理研究,实验分析和计算结果表明在反场位型下反向中性束不仅可以降低由于旋转向心力引起的向内输运还可以改变新经典的对流方向,从而有效抑制钨杂质聚芯。此项研究不仅有助于EAST实现高参数、稳态长脉冲的目标,而且对于将来ITER和CFETR高约束模式运行具有重要的参考意义。
期刊论文列表
专著列表
科研奖励列表
会议论文列表
专利列表
DOI:https://doi .org/10.1063/5.0104225
发表时间:2022
期刊:Rev. Sci. Instrum.
影响因子:--
作者:Yunxin Cheng;Ling Zhang;Shigeru Morita;Ailan Hu;Zhenwei Wu;Zong Xu;Yanmin Duan;Liqing Xu;Long Zhong;Fengling Zhang;Wenmin Zhang;Zihang Zhao;Weikuan Zhao;Zhengwei Li;Haiqing Liu
通讯作者:Haiqing Liu
Reduction of impurity confinement time by combined heating of LHW and ECRH in EAST
EAST 中 LHW 和 ECRH 联合加热减少杂质限制时间
DOI:10.1088/1674-1056/abe1a6
发表时间:2021
期刊:Chinese Physics B
影响因子:1.7
作者:Xu Zong;Wu Zhen-Wei;Zhang Ling;Huang Yue-Heng;Gao Wei;Cheng Yun-Xin;Lin Xiao-Dong;Gao Xiang;Chen Ying-Jie;Li Lei;Jie Yin-Xian;Zang Qing;Liu Hai-Qing
通讯作者:Liu Hai-Qing
Tungsten control in type-I ELMy H-mode plasmas on EAST
EAST 上 I 型 ELMy H 模式等离子体中的钨控制
DOI:10.1007/s41365-021-00929-4
发表时间:2021-09
期刊:Nuclear Science and Techniques
影响因子:2.8
作者:Xu Zong;Wu Zhen-Wei;Zhang Ling;Cheng Yun-Xing;Gao Wei;Lin Xiao-Dong;Gao Xiang;Chen Ying-Jie;Huang Yue-Heng;Huang Juan;Zang Qing;Jie Yin-Xian;Duan Yan-Min;Li Ying-Ying;Liu Hai-Qing;Xu Guo-Sheng;Team East
通讯作者:Team East
Line identification of extreme ultraviolet (EUV) spectra from low-Z impurity ions in EAST tokamak plasmas
EAST 托卡马克等离子体中低 Z 杂质离子的极紫外 (EUV) 光谱的线识别
DOI:10.1088/2058-6272/abfea2
发表时间:2021
期刊:Plasma Science and Technology
影响因子:1.7
作者:Li Lei;Zhang Ling;Xu Zong;Morita Shigeru;Cheng Yunxin;Zhang Fengling;Zhang Wenmin;Duan Yanmin;Zang Qing;Wang Shouxin;Dai Shuyu;Zuo Guizhong;Sun Zhen;Wang Liang;Ding Xiaobin;Qian Jinping;Liu Haiqing;Hu Liqun
通讯作者:Hu Liqun
Line identification of extreme ultraviolet (EUV) spectra from iron, copper and molybdenum ions in EAST tokamak
EAST 托卡马克中铁、铜和钼离子的极紫外 (EUV) 光谱的线识别
DOI:10.1088/1402-4896/ac5696
发表时间:2022-02
期刊:Physica Scripta
影响因子:2.9
作者:Wenmin Zhang;Ling Zhang;Yunxin Cheng;Shigeru Morita;Zhengxiong Wang;Ailan Hu;Fengling Zhang;Yanmin Duan;Tianfu Zhou;Shouxin Wang;Haiqing Liu
通讯作者:Haiqing Liu
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