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EAST放电过程中硼粉实时注入抑制I型边界局域模的模拟研究

批准号:
12105135
项目类别:
青年科学基金项目(C类)
资助金额:
30.0 万元
负责人:
钱玉忠
学科分类:
磁约束等离子体
结题年份:
2024
批准年份:
2021
项目状态:
已结题
项目参与者:
钱玉忠

项目摘要

结项摘要

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中文摘要
随着EAST等离子体参数的不断提高和第一壁的不断升级,如何实现对边界局域模(ELM)的有效控制,尤其是对I型ELM的抑制缓解,以降低ELM爆发对偏滤器靶板的瞬态热冲击,成为EAST和未来聚变装置长脉冲稳态运行亟需解决的问题。实验上利用硼粉实时注入,在EAST托卡马克装置上已成功实现了对I型ELM的抑制,但是硼粉实时注入对I型ELM抑制物理过程及机制尚不清楚。本项目基于EAST托卡马克实验结果,采用理论模拟的方法,从硼粉实时注入缓解ELM所涉及的等离子体与注入硼杂质的输运过程出发,约化Braginskii方程,建立硼杂质和背景等离子体自洽的、相互耦合的物理模型。在BOUT++大型模拟程序架构下,建立相应的模块,模拟研究硼粉实时注入对ELM物理过程的影响并与实验结果进行对比,以理解硼粉注入抑制ELM的物理机制。本项目将为EAST未来实验中抑制ELM提供有效参考。
英文摘要
With the constant improvement of the plasma parameters and the escalating metal wall, how to mitigate or eliminate the edge localized mode (ELM) effectively, especially the Type-I ELM, in order to reduce the damage of ELM eruption on the divertor target, has become an urgent problem for the steady-state operation of EAST and future devices. The real-time injection of the boron powder has successfully eliminated ELMs in EAST. However, the physical process and mechanism of real-time boron powder injection on Type-I ELM suppression are still unclear. We will establish a self-consistent physical model of the real-time boron powder injection in the edge plasma by reduced Braginskii equations based on the experimental results in EAST. Under the BOUT++ framework, a powerful tool to simulate the boundary plasma turbulence code, we will build a suitable physical module code to simulate the process of the ELM suppression induced by real-time boron injection including the explosion and reformation of type-I ELM, and compare it with the experimental results to figure out the physical mechanism behind the ELM suppression. The research output of this project could provide a useful reference on ELM suppression experiments for EAST.
EAST上最新实验结果显示,在放电过程中采用实时硼粉注入可实现了对I型边界局域模进行了有效抑制,为未来ITER上实现对ELM的有效控制提供了参考。然而对硼粉实时注入抑制ELM背后的物理机制仍不清楚。本项目在BOUT++架构下,利用约化的Braginskii方程,建立了硼粉注入的二维输运模型,并根据EAST托卡马克中硼粉实时注入抑制I型边界局域模的实际情况,将硼杂质注入模型与六场双流体模型进行耦合,建立了含硼杂质的六场双流体模型,进一步完善边界局域模的演化模块,通过该模型研究了在上单零位型下,硼杂质在X点附近注入对边界湍流演化的影响,获得了在硼粉注入情况下背景等离子体密度及温度的变化情况,研究发现由于硼杂质的注入会对边界等离子体造成冷却效应,并将边界台基的压力梯度和自举电流密度远离剥离-气球不稳定边界,从而实现对I型边界局域模的抑制缓解效果,与实验结果基本一致。该项目额研究成果加深了对硼粉注入抑制边界局域模的理解,为未来其它聚变装置中硼粉实时注入抑制边界局域模的实验研究提供了有力的理论参考。
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