Modelado de la amplitud del plasma alargado en un tokamak.

Verificación del modelo de amplitud del plasma alargado en el este.

EAST es un tokamak superconductor de gran radio. R= 1,85 m, radio menor a = 0,45 m, corriente de plasma máxima I_s≥ 1MA, campo magnético toroidal B_t≥ 3,5 t alargamiento k = 1,2–2 y la longitud del pulso de plasma ya se ha probado hasta más de 1000 s utilizando el modo I altamente confinado en H_98y2 ~ 1.2¹⁵Los modos I están libres de modos de borde locales disruptivos, es decir, ELM.

Para verificar la precisión y validez de la fórmula de amplitud desarrollada, la Figura 3 muestra los resultados del valor de amplitud del plasma y algunos parámetros experimentales de la descarga de superplasma en modo I No. 106915 en el Este. El plasma estaba encendido. I_s= 330 kA, norte_h= 1,8 x 10¹⁹ METRO^-3 Y B_R= 2,75 toneladas; Calentado por una potencia de RF total de 1,65 mW (1,1 mW LHCD a 4,6 GHz y 0,55 mW ECRH)¹⁵. El WCM fue considerado como un indicador de la aparición del modo I, y se obtiene a partir del espectro de frecuencia industrial de la derivada temporal de la fase de fluctuación de densidad, y se mide utilizando un reflectómetro Doppler (DR) en el radio normal. ρ = 0,91. En este estudio, la frecuencia también se calcula mediante la capacitancia del plasma (1) y la inductancia del plasma (6). ellos a_s ~4,68 x 10^-6 entregar C_s ~1,91 x 10^-6 F a 90 s, respectivamente. La frecuencia es aproximadamente F ~ 53 kilociclos \(f=1/(2\pi \sqrt{{L}_{p}\times {C}_{p}})\). Está sólo entre 30 y 100 kHz, que es el régimen de frecuencia típico de perturbación dominante en WCM.^14,15.

Análisis de capacidad en el este

Además, calculamos los valores de amplitud del plasma (1), (2) y (5) en diferentes estados (transición del modo L/L-H) en función de instantáneas de descarga típicas de EAST #36291 y #36292. En las instantáneas de un experimento típico de descarga de transición del modo L/L-H de EAST #36291 y #36292, con una onda de accionamiento de corriente híbrida (LHCD) inferior únicamente, las evoluciones de los parámetros críticos se muestran en la Figura 4.

El resultado de los disparos EAST #36291 y #36292 es una onda LHCD típica sola para la descarga en modo L/H. De arriba a abajo: corriente de plasma y voltaje de bucle, radios mayores y menores, densidad de línea promedio, alargamiento del plasma y espacio externo.

Todos se mantienen durante aproximadamente 8,5 s y tienen aproximadamente los mismos parámetros experimentales. En la fase superior plana, la corriente de plasma de las dos descargas fue de ~600 kA y el voltaje del circuito estaba bien controlado a un valor de ~0 V, lo que significa que casi toda la corriente de plasma fue impulsada de forma no inductiva. En este trabajo, se utilizó un sistema de sonda Fast-RLP para proporcionar una medición directa de los parámetros de pared a plasma en la región de la capa de abrasión (SOL). Las sondas se colocaron en la misma posición en dos tomas adyacentes. La Figura 5 muestra los resultados medidos para dos disparos uno al lado del otro a 3,56-3,66 s, la línea roja indica la descarga en modo H con el disparo n.º 36291 y la línea negra para la descarga en modo L con el disparo n.º 36292. s_Pérdida Está definido por la ecuación. (7) Según

dónde \({CORREOS}\) Es la fuerza óhmica. \({P}_{LH}\) es la potencia neta de LHW. \({P}_{rad}\) Es el poder de la radiación. W. Es energía almacenada. Para la ecuación. (1), permitividad vertical \({\Faripsilon }_{\PERP }\) Es el parámetro crítico, que está determinado por la condición del área entre la capa abrasiva y la pared de la cámara como aislante. Debido al diferente perfil de densidad, \({\Faripsilon }_{\PERP }\) Es más alto en el centro del plasma y el área entre el borde del plasma y la pared de la cámara es más baja. La permitividad vertical se puede calcular utilizando el resultado experimental de la densidad de electrones en la capa de abrasión mediante RLP. Y así conseguimos \({C}_{R}\) Por la ecuación. (1) Como se muestra en la Figura 6. Es claramente importante y ordenado ∼ 10^-6 Se puede comparar con los valores de capacidad aproximados de TEXTOR, JT60U, Damavand y JET de aprox. C_s∼ 1,9 x 10^-6 F, 2,5 x 10^-6 F, 1,7 x 10^-6 F y 6,8 x 10^-6 F respectivamente¹³.

Dos instantáneas una al lado de la otra de EAST #36291 y #36292 a 3,56-3,66 segundos mediante mediciones RLP en el plano medio exterior en SOL. De arriba a abajo:\({D}_{\alfa}\), \({T}_{H}\), \({nordeste},\) Campo electrico radial \({E}_{R},\) Y \({P}_{Pérdida}\) En ref.¹⁸.

Trazas temporales de permitividad perpendicular y amplitud del plasma en ESTE # 36291 y 36292.

La figura 6 muestra la historia cronológica. \({C}_{R}\) y la permitividad del plasma perpendicular asociada. Se puede ver que el valor de amplitud del plasma en modo H es mucho menor que el valor de descarga en modo L en la Figura 6, lo que también indica un mayor confinamiento del plasma. Para la toma EAST #36291, la amplitud del plasma experimentó una fuerte disminución durante el período de transición de LH de aproximadamente \({C}_{p{\text{-}}L\,modo}\)∼1,8 x 10^-6 f y \({C}_{R{\text{-}}H\,modo}\)∼1,4 x 10^-6 F durante el rodaje de EAST #36292 a aproximadamente \({C}_{p{\text{-}}L\,modo}\)∼1,9 x 10^-6 F. Además, son casi equivalentes entre sí en la posición L para los disparos No. 36291 y No. 36292. Se puede explicar de la siguiente manera. En la instantánea en modo H No. 36291, la amplitud del plasma disminuye a medida que la densidad de electrones en el SOL disminuye en comparación con la instantánea en modo L No. 36292. Esto conduce a un menor nivel de reciclaje de partículas en la región del borde del plasma. En consecuencia, la pérdida de energía (s_Pérdida) La energía de almacenamiento disminuye y aumenta gradualmente, por lo que se mejora el confinamiento de la energía del plasma, como se muestra en la Figura 5e. La amplitud del plasma alcanza su punto máximo a 3,63 s en la instantánea ESTE #36292 en la Figura 6; la razón es la permitividad vertical, que aumentó significativamente con la densidad del plasma.

Se ha demostrado mediante muchos experimentos que la aparición de un campo eléctrico negativo en el borde del plasma es una característica importante en la transición del modo L – H. Es un parámetro clave para mejorar el confinamiento del plasma en la física del modo H. \({D}_{\alfa}\), \({T}_{H}\), \({nordeste}\) El SOL disminuyó rápidamente durante un período de tiempo de aproximadamente 1 ms y, al mismo tiempo, el campo eléctrico radial disminuyó. \({E}_{R}\) Se vuelve positivo en la Figura 5. Se muestra la carga neta debida a la pérdida de iones en el borde del plasma del tokamak. La distribución espacial de la carga neta produce un campo eléctrico radial. El campo eléctrico variará con el alargamiento del plasma. k₂ Y la densidad electrónica (es decir, la carga neta), pero la capacitancia del plasma C_s Es una cantidad física relacionada con ellos en ecuaciones. (1) y (5). Por lo tanto, el campo eléctrico radial se puede relacionar con la amplitud del plasma aquí bajo la descarga de transición del modo LH.

impacto k En capacidad

Alargamiento k El plasma transformado (rango de alargamiento 1,6-2,0 en el este) es el parámetro principal para determinar la potencia del plasma de sección transversal no circular, que es diferente del plasma de sección transversal circular. impacto k La capacidad se examina más a fondo utilizando corriente de plasma. I_s~0.4MA, radio mayor R~ 1,88 m, radio pequeño a~ 0,45 m, alargamiento k~1,6–1,8 para la descarga en modo H en EAST # 42024. Las formas de onda típicas se muestran en la Figura 7.

Trazas de tiempo de formas de onda de descarga típicas en modo H en EAST#42024.

Como se puede ver en los valores de capacitancia calculados por (1) y (2) durante el modo H, el \({C}_{R}\) Arriba en (1). Además, se puede ver una buena coincidencia en la tendencia cambiante de \({C}_{R}\) Y ε, norte_{Borde electrónico} Dentro de 3,5-6 segundos desde el radio pequeño AstronomíaY brecha_AfueraPermanecen casi constantes en las figuras 7d – f. pero, \({C}_{R}\) Se cambia en consecuencia \(a\)mientras que la brecha_AfueraEs exactamente lo contrario de 6 a 8 s en la Figura 7 b,c,f. Por lo tanto podemos concluir que \({C}_{R}\) Depende del radio pequeño y brecha_Afuerade plasma en la parte superior de la corriente plana a partir de los resultados experimentales en la Fig. 7 y calculados por las Ecs. (1) y (5). radio pequeño (a₁, a₂ ) y elongación (k₁ , k₂ ) son las variables principales de la ecuación. (1) En el modelo de capacidad. Reglas específicas para amplitud variable con aY kTambién se analizan por simplicidad.

Como se muestra en la Figura 8, resulta que la capacitancia (\({C}_{r{\text{-}}ET}\)(Aumenta significativamente al aumentar la relación de alargamiento)k₂/k₁) en la Figura 8b, mientras que para a₂/a₁,Capacidad(\({C}_{r{\text{-}}ET}\)) acaba de revertirse en la Figura 8a. además de, \({C}_{p{\text{-}}ET} /{C}_{p{\text{-}}T}\)(es decir, la desviación del valor de amplitud) también se representó para investigar más a fondo el efecto del alargamiento en la amplitud del plasma. \({C}_{R{\text{-}}T}\)(Toro circular) con (2) y \({C}_{r{\text{-}}ET}\)(toro elíptico) (1) en la Figura 9. Obviamente,\({C}_{p{\text{-}}ET} /{C}_{p{\text{-}}T}\) Parece aumentar significativamente con el aumento k₁ Y k₂ En el Este #42024. Esto indica que la Ec. (1) Considere el alargamiento del plasma kEs un método disponible y claramente mejor que (2) para calcular \({C}_{R}\) El valor de las descargas de plasma con una sección transversal no circular en el Este.

Capacidad plasmática \({C}_{r{\text{-}}ET}\) Con una pequeña diferencia de radio a₂/a₁ y elongación k₂/k₁ En el Este #42024.

El radio \({C}_{p{\text{-}}ET} /{C}_{p{\text{-}}T}\) de la capacidad plasmática variando el alargamiento k₁Y k₂En el Este #42024.

Comparación de capacidad de plasma L/I

El Modo I es un sistema de confinamiento estable de alta energía que ha sido objeto de creciente interés y exploración en los últimos 10 años. Combina las ventajas de los sistemas Modo H y Modo L. Durante los mil segundos de descarga de plasma Modo I logrados en EAST (#106915), el H₉₈El factor es superior a 1, que es el mismo nivel de retención de energía que el modo H.¹⁵. Es similar a la descarga en modo L (#106812) en potencia de calentamiento, corriente de plasma y densidad de línea promedio. Aquí, la capacitancia también se calcula y se compara con el plasma en modo L (#106812). La Figura 10 muestra el perfil de densidad electrónica medido por reflectometría para dos disparos en modo I y modo L, respectivamente.¹⁵.

Perfiles de densidad de electrones de borde de reflectometría en EAST #106915 y #106812.

Capacidad(C_s) y los parámetros plasmáticos asociados basados ​​en (1) se enumeran en la Tabla 1 para las instantáneas EAST #106915 y #106812. Tenga en cuenta que la relación cualitativa entre variables, por ejemplo a, k, brecha_AfueraY C_scorresponde a la instantánea EAST #42024 como se menciona en la Sección (C). Es más, a diferencia de C_{ajuste del pH}el C_Ponme Y C_{modo PL} son casi equivalentes entre sí en la Tabla 1. Esto puede deberse al hecho de que el confinamiento de partículas en el plasma en modo I sigue siendo casi idéntico al del plasma en modo L. Por tanto, la densidad electrónica y la permitividad vertical del plasma I El plasma en modo L es similar a los de la descarga en modo L (#106812) en SOL, como se muestra en la Figura 10 y la Tabla 1. Por lo tanto, se puede concluir a partir de los resultados que C_{ajuste del pH} Es lo mínimo y C_Ponme Casi igual C_{modo PL} En el modo L, modo I y modo H, el plasma se descarga en el este.