托卡马克平衡反演代码的研究

来源 :中国科学院合肥分院等离子体物理研究所 中国科学院等离子体物理研究所 | 被引量 : 0次 | 上传用户:crystal_zirui
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等离子体的平衡重建和反演是用数值方法处理等离子体外磁测量及其他测量信息以确定等离子体的磁位形及可能电流分布的一种必要手段.它能为正确地反馈控制托卡马克的放电参数,最优化地进行托卡马克放电并为其他诊断的定位提供基本信息.中国科学院等离子体物理研究所正在建设的EAST(Experimental Advanced Superconducting Tokamak)超导托卡马克核聚变实验装置,是国家"九五"大科学工程,也是目前世界上最大的超导托克马克装置之一,其目标是实现长脉冲稳态运行(放电时间~1000s).完善的计算机控制系统是托克马克装置安全、有效运行的重要保证,为此需要对等离子体位形进行有效的控制,而等离子体位形平衡和反演算法是整个EAST等离子体位形实时反馈控制系统的基础和重要组成部分.本文从现代软件工程设计角度对应用于EAST装置上的等离子体位形平衡和反演代码(EFIT)进行开发移植.文中首先介绍了DⅢ-D托克马克装置EFIT算法的物理含义、功能、基本结构和实现过程;接着,讨论了开发移植基于EAST超导托克马克的等离子体位形平衡和反演代码的必要性和可行性,介绍了等离子体位形控制、完全平衡重建、实时平衡重建等相关的重要代码思想,给出了EAST版EFIT代码的主要流程结构和函数流程简图,着重分析了用来计算格林函数的前置程序EFUND的两个核心子函数psical和flux、EFIT软件的核心子函数fit的主要组成结构和实现思想.然后,本文详细介绍了EAST版EFIT的开发移植思路,分析了现有的DⅢ-D版EFIT存在的诸多缺陷:缺少结构化设计、编程语言不合适、无法实现实时控制、软件维护困难、系统运行环境要求高等等,提出了借助现代软件工程思想进行EAST版EFIT软件开发移植的总体计划;分析了EFIT开发移植过程中的三个重点环节,简要介绍了源程序移植开发中遇到的几类主要问题和解决方案;回顾了EAST版EFIT软件开发移植过程中的经验及体会,总结了在开发移植中各类过程、函数、数组、普通变量的开发经验和教训.最后,分析比较了EAST版EFUND、EFIT软件的格林函数和等离子体参数的数据,给出了对该代码的开发移植工作的客观评价:基于EAST超导托卡马克装置的等离子体平衡和反演代码的开发移植工作在理论上和实践中都是可行的.该代码的开发移植为EAST等离子体位形实时反馈控制系统打下了良好的基础.
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