高参数托卡马克等离子体输运研究ppt课件

高参数托卡马克等离子体输运研究,董家齐核工业西南物理研究院磁约束核聚变相关物理问题双清论坛2007年3月23日,安徽,合肥,1,概要,一、引言二、等离子体质量、动量和能量横越磁场的输运三、输运垒磁约束等离子体中的自组织现象四、理论和数值模拟五、结束语,2,一、引言受控核聚变能源：资源丰富（足够用上几百亿年）、洁净（无污染）、安全（核事故概率几乎为零）且经济（消费者可以承受）;受控热核聚变是与将来的经济发展、社会进步、人类文明密切相关的有广阔应用前景的重大研究领域;受控热核聚变研究中有极具科学探索性和对人类智慧的挑战性的基础科学问题。,3,受控核聚变在现代物理学中的地位：2003年诺贝尔物理学奖获得者VitalyL.Ginzburg在他的获奖演说中列出了二十一世纪初物理学的三十个重要领域（“physicalminimum”atthebeginningoftheXXICentury）。出人意料的是，他没有把让他走上领奖台的研究领域-超导和超流，而是把受控核聚变(controllednuclearfusion)列于其首。在对此作解释时，他提到了1978年诺贝尔物理学奖获得者P.L.Kapiza的获奖演说的题目是：等离子体和受控热核反应。,4,二、等离子体质量、动量和能量横越磁场的输运,等离子体横越磁场的输运是磁约束核聚变的核心物理问题之一;离子和电子横越磁力线的扩散系数分别约为新经典理论预言值的十倍到一百倍;漂移运动、微观不稳定性和湍流:ETG,TEM,ITG,MHD.集体效应(非两体碰撞）主导的输运.,5,MHD-drivenEr-field,Ti,Zonal-f,Zonal-A,6,7,1.质量输运：杂质输运，Pincheffect,密度峰化;2.动量输运：世界各大装置联合研究的重要课题：ITPA2006(TP6,Momentumtransport/plasmarotationstudies),D-D，JT-60U，剪切流对湍性输运的作用;,ToreSupra:toroidalrotationobservedwithICRHincorrelationwithconfinementimprovement(L-Mode),8,3.能量输运：离子热输运机制基本清楚，ITG加剪切流，仍然不能从理论上预测离子的热传导系数;电子热输运有待研究的问题：(1)驱动机制：TEMvs.ETG(TP7MeasureITG/TEMlinesplittingB=2.33T;=21019cm-3,16,Using,multi-channelSXRwecanfindm=1islandposition.WeseethatislandmaximumcoincideswithTemin,m=1fluctuations,I=250kA;B=2.5T:e=21019m-3onaxisECRH,The“ears”existsontheoutersideofMHDislandm/n=1/1InotherwordsTehasminimuminsidetheisland,17,三、输运垒磁约束等离子体中的自组织现象,磁约束等离子体是一个非平衡态多体系统磁约束等离子体是一个自由度十分巨大、具有丰富的集体运动模式的复杂系统磁约束等离子体中存在丰富的非线性的力学和电磁效应磁约束等离子体中观察到众多自组织物理现象,这些现象都可看作是非线性力学系统中的自组织现象在磁约束等离子体中的具体表现，具有很重要的普遍意义，同时又很典型，内容很丰富有丰富的实验数据,但通过对资料和数据的分析去探索其背后的深层次的物理机理的工作，亟待发展,18,1，高（H）模(边缘输运垒),输运垒形成的物理机制：剪切流抑制湍性输运，剪切流的产生机制？剪切流与H-模的功率阈值的关系？功率阈值定标纵场方向：ion-drift-point,AUG:NegativeErwellobservedatETB,increaseswithconfinementimprovement-coincideswithH-modebarriergradient-Dopplerreflectometry,19,2,内部输运垒(ITB),内部输运垒的产生机理也是不清楚的，其产生的位置也是不可预见的,20,实验似乎表明，对磁约束等离子体系统，存在多个准平衡态，在一定的条件下，系统可以在各个态之间过渡。找到各种可能的准平衡态并探索系统在其间转换的条件或几率，是该领域的一个重要课题。,21,(1）输运垒与磁场位形的关系：ITB往往在低q有理面附近形成,22,JET:ITBformswhenqminexistsandapproaches(ratherthanreaches)anintegervalue,Teatvariousmajorradii,R,showingformationofanITB,ITBformationstartsbeforeq=2surfaceentersplasma,ITBformationslightlyaheadofAlfvnCascades(markingqmin=integer),Casenumber,tAC-tITB(s),PulseNo:61347,Time(s),Te(keV),StartofITBformation,qminreaches2,Alfvncascadesseensimultaneouslyonmicrowaveinterferometer,O-modeinterferometer,X-modereflectometerandmagneticprobe,23,Motivation:AccesspowertotheITBregime(ITER),Lowpositiveshear,Reversedcentralshear,ITER,24,(2）输运垒与MHD活性的关系：(a)锯齿振荡触发H-模，降低阈值功率(b)ITB的形成往往伴随着MHD不稳定性的发展。,25,ITBscoincidewithMHDactivities,CorrelationbetweenedgeMHDandITBemergence(monotonicq-profiles,ITBslinkedwithq=2orq=3radius),26,E.Joffrinetal.,PPCF2002,H-modeworkshop,SanDiego,26-28sept03A.Bcoulet,27,28,磁约束聚变等离子体是研究磁场重联的好环境问题：撕裂模引起的磁岛结构使等离子体内部区域的磁力线与外部区域的磁力线（磁场）重联。这就使重联区域的温度分布变平（沿磁力线温度近似为常数）而等离子体约束应变坏。但是，实验发现，在一定的条件下，在容易形成磁岛的区域往往容易形成内部输运垒而使等离子体约束变好，而且，输运垒往往与磁岛相伴出现。这种现象在实验中经常观测到，但至今没有完整的理论解释。,29,3,湍流自组织过程产生的带状流和束流（zonalflowsor/andstreamers）及其对输运的影响,30,四、理论和数值模拟,非线性漂移波理论输运过程模拟研究（integratedsimulation)输运机理模拟研究(流体，动力学，粒子/线性，非线