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等离子体电流上升是tokamak等离子体的重要过程,直接影响等离子体的品质和系统资源如伏秒数的消耗和等离子体电流剖面,对这一过程开展数值模拟研究将为实验提供重要参考,并能提出和验证实验方案。
本文通过对EAST装置的放电模型进行建模,利用TSC(Tokamak SimulationCode)程序,模拟等离子体击穿后电流爬升阶段,给出平衡建立后等离子体放电的演化过程,探讨等离子体位形形成、位形控制、放电物理过程分析。模拟等离子体主要参数,如等离子体电流、等离子体大小半径、环电压、安全因子、等离子体内感、等离子体电子离子温度及剖面分布、等离子体比压等随时间的演化。已经完成实验中多炮的模拟工作,模拟与实验结果吻合较好,验证了EAST放电模型的合理性和今后实验预测的可靠性。
在EAST放电模型验证的基础上,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。
目前所有的托卡马克都是脉冲运行装置,为维持等离子体稳态运行,系统的伏秒数是非常宝贵的资源。本文利用玻印亭功率守恒,对EAST放电过程的伏秒消耗进行分析,分析了阻性欧姆耗散伏秒及感性伏秒消耗份额等重要问题。发现等离子体爬升过程中总的伏秒消耗是随等离子体电流爬升率递减的函数。由于受到极向场线圈电流变化率的限制,综合分析,等离子体电流爬升率为1MA/s时,伏秒消耗最低。