等离子体电流剖面分布控制的数值模拟研究

稳态运行是未来托卡马克反应堆的发展方向，在ITER装置的设计中，反剪切模式和弱剪切混合模式是计划采用的两种先进运行模式。在托卡马克中，等离子体电流的剖面分布决定了安全因子q的分布，从而决定磁剪切的性质，因此等离子体电流分布剖面的控制是实现先进运行模式的最关键问题之一。本项目以TSC、LSC、ASTRA、ACCOME等数值模拟为主要研究手段，结合EAST装置实验数据分析，开展托卡马克先进运行模式下等离子体电流分布剖面控制研究，重点研究如何综合运用LHCD、NBI、FWCD等非感电流驱动手段来控制等离子体电流的剖面分布，等离子体电流剖面的实时控制算法模拟，反剪切和弱剪切模式中ITB形成和约束改善的数值模拟分析等问题。项目的实施有助于推动国内等离子体电流剖面分布控制研究进入国际前沿领域，对EAST托卡马克装置的开展高水平稳态先进运行模式的物理实验研究也有重要意义。

稳态运行是未来托卡马克反应堆的发展方向，在ITER装置的设计中，反剪切模式和弱剪切混合模式是计划采用的两种先进运行模式。在托卡马克中，等离子体电流的剖面分布决定了安全因子q的分布，从而决定磁剪切的性质，因此等离子体电流分布剖面的控制是实现先进运行模式的最关键问题之一。. 本项目以TSC、ONETWO等1.5维的等离子体输运程序为主要模拟工具，结合低杂波电流驱动程序LSC、中性束注入程序NUBEAM等辅助加热和电流驱动模块，紧密联系EAST装置实验数据分析，开展了托卡马克先进运行模式下等离子体电流分布剖面控制研究，研究了如何综合运用LHCD、NBI、FWCD等非感电流驱动手段来控制等离子体电流的剖面分布，反剪切和弱剪切模式中ITB形成和约束改善的数值模拟分析，等离子体电流剖面的实时控制算法模拟等问题。. 在课题支持下，已经发表论文20篇，培养3名等离子体数值模拟专业博士，在引进开发国外主流数值模拟程序的基础上，初步建立了一个较完备的等离子体辅助加热与电流驱动的数值模拟程序体系，可以对NBI、LHCD、ECCD、ICRF等主要的等离子体辅助加热与电流驱动手段进行数值模拟研究。在探索等离子体平衡位形的建立、等离子体电流和位形的反馈控制机理的基础上，完成了等离子体先进运行模式中平衡位形建立及实现的放电模拟预测，为探索先进运行模式的实验研究提供了理论研究基础，同时对今后探索等离子体约束性能的改善具有重要意义。