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等离子体边界的识别是等离子体物理实验安全有效进行的基础。开展等离子体边界快速识别与位形演化模拟的研究,无论是对等离子体的实时控制还是演化方式的优化,都有重要的意义。
本文介绍了为EAST设计的两种等离子体边界快速识别的方法:局域展开方法(XLOC)和多极展开方法(TME),丰富EAST快速边界识别的选择。两种方法都通过平衡重构程序EFIT固定边界数值计算的检验。对于实验数据,两种方法也获得了与EFIT/RT-EFIT一致的结果。同时,本文也讨论了两种方法的适用范围,比较各自优缺点,有助于实验人员针对不同的实验参数,选择合适的方法进行EAST实时边界控制。
作为文章的第二部分,本文介绍了用于离线等离子体演化分析的TokamakSimulation Code(TSC)模型,构建了针对TSC的EAST装置数字模型,进行了数十炮欧姆放电的模拟。这些模拟计算包括了从等离子体击穿之后的爬升阶段到平顶阶段以及下降阶段的等离子体演化全过程。模拟的等离子体最大电流从250 KA至600 KA,位形包括了圆限制器、拉长限制器以及偏滤器位形。模拟获得的等离子体电流、极向场线圈电流、环电压、以及诊断点的电子温度与测量值一致,而位形的演化,如大半径、小半径、拉长比,也与平衡程序EFIT/RT-EFIT的结果一致。等离子体的比压和内感计算结果也得到平衡程序EFIT计算结果的印证。这也就验证的TSC的EAST模型的合理性,为预测工作提供保证。
拥有数十炮不同参数下欧姆放电的TSC模拟数据后,初步构建TSC模拟数据库tsc_east,方便第三方直接读取模拟数据,比较实验值,分析未测量的等离子体参数。这样有利于实验人员更深入了解已有放电情况,进行等离子体演化过程的优化,获得理想的实验结果。
在验证EAST放电模型和分析多炮欧姆放电的基础上,估计可能的实验环境,使用TSC设计一组等离子体演化波形,将放电模拟预测结果应用到EAST物理实验中。尝试了限制器和偏滤器位形下的放电预测实验,证明了放电模拟可以为实验提供先导和预演,既可以验证控制算法的正确性,同时又降低运行成本和风险,提高放电效率。