HL-2M先进偏滤器内外靶板能流粒子流不对称性SOLPS-ITER模拟研究

Advanced divertor (Snowflake) can well control the loading target heat flux and temperature validated by experiments and theory. HL-2M in SWIP will apply advanced divertor, which can offer a good platform for studying the physics of advanced divertor. Since the exhaust of helium ash and control of detachment depends strongly on the in-out divertor asymmetric transport (IODAT) of heat flux and particle flux, IODAT is one of most important research topics in Magnetic Confinement Nuclear Fusion. So far, researchers have found that drifts (electric drift and diamagnetic drift) can induce the IODAT in SN. However, the effect of drifts on the advanced divertor IODAT has not been investigated. This project will assess first the role of drifts on the HL-2M advanced divertor IODAT by latest edge plasma code SOLPS-ITER. Main research contents in this project including: (1) Studying which drifts play a key role in affecting the IODAT to obtain the way to relieve IODAT; (2) Assessing the effect of drifts on the helium ash exhaust capacity to optimize the position of pumping gas hole; (3) Investigating the effect of drifts on the screening impurity capacity of advanced divertor.

理论和实验已验证先进偏滤器（Snowflake）能够很好控制沉积到靶板热流，降低靶板热负荷，有望应用到ITER和未来聚变堆CFETR。我院新建HL-2M将采用先进偏滤器运行， 这为先进偏滤器物理研究提供了很好的平台。偏滤器区能流粒子流内外不对称性输运是核聚变研究领域中一个非常重要的课题，由于其不仅仅与偏滤器脱靶控制相关，而且也关系到偏滤器排除能量和氦灰的能力。过去的研究已发现漂移是导致常规偏滤器（SN）内外不对称性的主要原因。然而，到目前为止漂移对先进偏滤器内外靶板能流粒子流不对称性输运的研究尚未开展。本项目将首次应用边界等离子体程序SOLPS-ITER研究漂移对HL-2M先进偏滤器区能流粒子流不对性以及杂质输运的影响。研究内容包括三方面：1. 探索何种漂移主要影响先进偏滤器内外不对称性；2.评估漂移对先进偏滤器抽气能力的影响，优化抽气口位置；3.研究漂移对先进偏滤器屏蔽杂质能力的影响。

理论和实验已验证先进偏滤器能够很好控制沉积到靶板热流，降低靶板热负荷，有望应用到ITER和未来聚变堆CFETR。我院新建HL-2M将采用先进偏滤器运行，这为先进偏滤器物理研究提供了平台。偏滤器区能流粒子流内外不对称性输运是核聚变研究领域中一个非常重要的课题，由于其不仅仅与偏滤器脱靶控制相关，而且也关系到偏滤器排除能量和氦灰的能力。过去的研究已发现漂移是导致常规偏滤器内外不对称性的主要原因。然而，到目前为止漂移对先进偏滤器内外靶板能流粒子流不对称性输运的研究尚未开展。本项目已首次应用SOLPS-ITER研究了漂移对HL-2M先进偏滤器区能流粒子流不对性以及杂质输运的影响。研究内容包括：1. 探索何种漂移主要影响先进偏滤器内外不对称性；2.评估漂移对先进偏滤器抽气能力的影响，优化抽气口位置；3.研究漂移对先进偏滤器屏蔽杂质能力的影响。.研究发现了偏滤器区电漂移（E×B）主要影响先进偏滤器内外不对称性，对先进偏滤器靶板区能流粒子流的影响非常强，在Favorable-Bt放电条件下，E×B驱动外偏滤器区大量的辐射碳杂质和燃料再循环粒子流入内偏滤器区，E×B抑制偏滤器脱靶；结合E×B对先进偏滤器粒子流不对称性输运影响的模拟结果，优化了先进偏滤器抽气口的位置和粒子泄露口的大小；研究发现了E×B很大程度上抵消了先进偏滤器对碳杂质的屏蔽能力。.研究发现漂移将诱导HL-2M先进偏滤器出现脱靶跳变，即：偏滤器等离子体从高循环状态（靶板电子温度~20eV）直接进入深入脱靶状态（靶板电子温度~2eV），这为偏滤器部分脱靶控制实现带来挑战。.为了抑制E×B对先进偏滤器能流粒子流不对称输运的影响，提出一种新型的V形封闭偏滤器概念，将先进磁场位形与新型V形封闭偏滤器结构结合起来。该种新概念偏滤器可以有效的降低漂移对偏滤器脱靶的影响，利于HL-2M先进偏滤器在Favorable-Bt放电条件下实现偏滤器脱靶。.通过本项目执行，为先进偏滤器能流粒子流及脱靶控制提供了好的理论依据。