PDF《μ R Ip》

2 的乘积.我们注意到,根据 H 模改进的尺寸缩小的 ITER 设计, 它的 T m B a ? = ?

6 .

10 ,为原来估计的一半以下.另一方面,改进后的 ITER 总预算也正好 为原来的一半左右.这件事给人的启发是,对于如此复杂而其物理还不完全清楚的装置, 其约束也许能再加倍,使其指标进一步提高.在这一背景下,针对聚变堆的运行,特别是 对于 DEMO 的设计,于1990 年代提出了先进模式(advanced performance 或advanced scenario)概念.它是一种高约束、高比压、高自举电流份额的运行模式.比较狭义的先进 模式专门指完全非感应驱动电流的模式. 先进模式的目的是:小装置尺度,大功率密度,可靠性,稳态运转. 为达到这些目的所选择的努力途径,首先是等离子体电流的降低.等离子体电流原本 起着两种作用.一为产生磁场结构的旋转变换以消除粒子漂移;

而为欧姆加热.对于旋转 变换而言,所达到的 q 值要满足 MHD 稳定性的要求,过高的等离子体电流并无好处.至于 欧姆加热,由于目的是稳态运转,在非感应电流驱动相,已主要指望各种辅助加热提供输 入能量.以ITER 为例.它的电子回旋波加热、离子回旋波加热和中性粒子加热的功率均设 计各为 50MW,聚变功率最大 500MW,而Q=5-10.所以适当降低等离子体电流是完全可 能的. 和降低等离子体电流相联系的是应该提高边界 q 值.这主要是抑制 MHD 不稳定性. 由于β边界主要由各种 MHD 不稳定性决定,提高 q 值得可以得到高的 li 值和βN 值,并确 保不发生危险的破裂现象.在先进模式的运转中,边界区 q 值(有时采用 r=0.95a 处的 q95) 可以在 3-4 以上. 随βN 值的增大,压强梯度增加,自举电流份额增加.这一份额可以写为 ε β / a N p bs bs q I I f ∝ = (6-25) 因此,提高βN 值可以提高自举电流份额.同时,希望达到密度的第二稳定区. 所采取的手段:主要是以辅助加热和电流驱动控制压强、电流轮廓,以及剖面形状并 达到第二稳定区.其次,增强环向磁场、改善磁场波纹度、减少等离子体和壁的相互作用 也起一定作用.下面就一些具体问题进行说明. 自举电流份额的提高 自举电流是一种新经典输运产生的非感应等离子体电流.它的 产生需要原先存在其它机制引起的等离子体电流,所以是一种电流的放大机制.为实现托 卡马克的稳态运转,应尽量增加自举电流所占总电流的份额 bs f ,例如希望在 90%以上.这 样的自举电流份额已在实验上实现. 在实验上,和其它非感应电流一样,自举电流的出现经常表现为环电压的降低.可以 根据总等离子体电流扣除感应驱动电流而得到非感应驱动电流 rdr R U I I a L p driven p ∫ ? =

0 || σ (6-26) 其中 || σ 为平行磁场方向的电导率.至于这电导率用什么公式, 须看等离子体处于什么区域. 图6-60 为JT-60U 装置上的环电压测量值与计算值比较.可以看到,在这一装置上,采用新 经典电导值比较符合. 在有外界电流驱动(如射频驱动) 至于将非感应驱动电流中的自举电流和其 它外界驱动电流区分,可以根据电流方向 决定. 自举电流总和原来的电流方向相同;

而驱动电流的方向可以改变. 图6-61 为JT-60U 上高 li 运转时的自 举电流测量.上图是环电压测量值,以及 用新经典电导值的计算结果.中图是自举 电流份额,最高已经达到 80%左右.下图 为内感的计算值,可以核准自举电流的计 算结果. 图6-60 JT-60 上测量的环电压和理论计算的比较 图6-62 JT-60U上自举电流和极向 比压的关系,理论和实验比较 图6-61 JT-60U 上的自举电流实验波形 JT-60U 上的实验也证实,自及电流份额和极向比 压pβ成正比.图6-62 为自举电流份额的理论和实验数 值.理论计算根据 eff Z 以及 i T , e T 轮廓;