EAST阿尔芬本征模对高能粒子输运与损失的影响

In Tokamak, the Alfven eigenmode destabilized by energetic particles can reduce the confinement of energetic particles, which is against the self-sustained burning, while the Alfven instabilities depend strongly on the energetic particles distribution function, so it is crucial to acquire a more realistic energetic particles distribution function for studying the effects of the Alfven eigenmode on the energetic particles transport and loss. However, in most of the numerical codes the energetic particle distribution function is always given by an analytical model, for instance, the slowing down distribution. In order to reproduce the experimental results, and explain the related experimental.phenomenons, the proposed study will study the effects of the Alfven eigenmode on the energetic particles transport and loss by a hybrid code, which is a combination of the NUBEAM code and MEGA code. The effects of the interaction between multi Alfven eigenmodes on the fast ion transport and loss will also be studied. In this hybrid code, the NUBEAM is used to calculate the fast ion.distribution under neutral beam injection.

托卡马克中高能粒子驱动的阿尔芬不稳定性可降低托卡马克对高能粒子的约束，不利于聚变的自持燃烧，而阿尔芬不稳定性的驱动又非常依赖于高能粒子的分布，因而获得接近实验的高能粒子分布是利用数值模拟研究阿尔芬本征模对高能粒子输运与损失的关键。目前，在绝大部分相关的数值代码中，其高能粒子的分布往往采用给定的解析模型，如慢化分布，而非通过自洽的方式的获得。为了计算模拟更加贴进实验参数，再现实验结果并解释相关的实验现象，本项目拟采用NUBEAM来自洽地获得中性束注入下EAST高能离子的分布，结合混合型程序MEGA来研究中性束快离子驱动的阿尔芬本征模对高能离子输运与损失的影响；探索多个阿尔芬本征模之间的非线性相互作用对高能离子输运与损失的影响。

托卡马克中高能粒子驱动的阿尔芬不稳定性可降低托卡马克对高能粒子的约束，不利于聚变的自持燃烧。大量的高能粒子损失还会增加壁的热负荷，甚至损坏第一壁。目前EAST托卡马克上已观测到一系列由高能粒子驱动的阿尔芬本征模(AE)和波粒子相互作用现象，亟须相应的数值模拟来配合实验研究对实验中观察到的物理现象做出解释，亦需模拟来对EAST中的高能粒子行为做出预测，并探索不稳定性的控制。本项目的研究主要集中高能粒子驱动的不稳定性和高能粒子的损失这两个方面。具体来说就是：（1）开展了EAST装置上观测到的AE和高能粒子模(EPM)的数值模拟工作，重现了EAST实验上AE的结果并分析了其非线性演化特征。获得了钨杂质在激发AE这一过程中起到的作用，探索了EPM向AE过渡的动力学非线性演化过程，以及这一过程中高能粒子的输运与损失，为EAST实验中AE不稳定性的解释、分析以及AE不稳定性对高能粒子输运与损失的影响提供相关参考依据。（2）采用数值模拟针对EAST参数开展了离子回旋共振加热（ICRH）下的快离子损失研究。得到了ICRH产生的快离子的损失特点和分布，分析了快离子损失的主要来源，以及ICRH功率对快离子损失的影响，为EAST托卡马克未来实验和理论研究其他效应（不稳定性或者静态三维场扰动）造成的快离子损失提供有用的参考。（3）针对EAST 参数条件我们还开展了反剪切安全因子q 剖面条件下鱼骨模的数值模拟工作。重现了鱼骨模实验结果并分析了其非线性演化特征。获得了通行离子、安全因子剖面对鱼骨模不稳定性的影响，探索了在中性束注入条件下高能量离子参数以及平衡剖面对鱼骨模不稳定性的影响，为EAST 实验中鱼骨模不稳定性的解释、分析，预测和控制提供有用的参考依据。