EAST装置中性束注入时快离子反常扩散与其对热输运影响研究

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对于磁约束聚变托卡马克装置(Tokamak)来说,中性束注入加热是一种非常重要的加热手段。对于未来的核聚变实验来说,例如ITER和核聚变原子能装置,中性束注入同样是一种基本的加热以及控制电流驱动和q剖面的手段。而在中性束加热的过程中,束产生的快离子会影响等离子体的约束效果,因此研究快离子对等离子体热输运的影响非常重要。本工作使用TRANSP数值模拟程序,对中性束注入到磁约束聚变实验装置EAST时的快离子输运现象进行模拟计算和分析,并将数值模拟分析结果与实验诊断数据进行了对比,发现qmin~2放电时为快离子反常输运而qmin~1放电时为新经典输运。利用数值本征值代码KAEC对两炮的Alfvén本证进行了计算,发现当最小安全因子较高(qmin~2)时,在NBI加热中存在较多活跃的TAEs,因此可引起较为明显的快离子输运。此外,本文进一步研究了快离子扩散对等离子体热输运的影响,发现快离子扩散增加会导致NBI的加热效率降低,并且等离子体储能以及总加热功率也会发生明显的下降。最后推导了快离子扩散系数、电子温度与等离子体有效热输运系数的关系,发现快离子扩散和电子温度会对有效热输运系数产生相反的影响,且这个结果与实验数据分析结果一致。通过该研究,对EAST装置中性束注入的反常输运机制有深入理解,解释实验并为实验提供指导。
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