经典漂移对EAST边界等离子体及杂质输运特性影响的模拟研究

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要维持高功率长脉冲稳态脱靶放电,控制偏滤器靶板上的粒子和能流沉积是一个非常重要的议题。经典漂移、内外靶板区域不同的粒子和热源分布、气球模输运、磁场位形及偏滤器结构等因素,将引起偏滤器靶板上粒子和能流的内外不对称性,但主要是E×B和B×▽B引起的经典漂移。因此为了更好的研究漂移对偏滤器不对称性的影响,本文采用最新的边界模拟程序SOLPS-ITER对EAST中不同位形和不同漂移项情况下边界的粒子和能量输运过程进行模拟研究。模拟结果显示,在经典漂移中,磁漂移能引起Pfirsch-Schluter(PS)流,进而导致平行流的不平衡流动,电漂移则是在靶板区和私有区(dome)起重要作用,进而在磁漂移和电漂移的协同作用下,导致内外靶板的明显不对称性。在下单零(lower single dull,LSN)位形顺场(B×▽B漂移向下)情况下,更多粒子流流向内靶板,意味着电子密度和离子饱和流的升高,和电子温度和热流的降低。反场(B×▽B漂移向上)情况下则与正场相反。对于上单零(upper single dull,USN),USN反场与LSN顺场物理机制相同,内靶板粒子流升高,外靶板粒子流降低。而USN顺场则与LSN反场一致。另外模拟发现,LSN情况下内外不对称性比USN情况下更显著。同时随着钨材料在托卡马克装置中的大面积使用,钨杂质的产生与输运特性研究对于实现等离子体长脉冲高参数放电具有重要意义。针对EAST实验装置在不同漂移情况下开展钨杂质产生及其输运特性的模拟研究。研究表明摩擦力在杂质输运中起决定性作用,在反场情况下,平行流速更大,摩擦力更大,从而对杂质流向芯部等离子体输运产生更强的抑制作用,因此相比于顺场,反场情况下得到更小的输送到芯部的钨杂质比率。
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