PDF《μ R Ip》

p β 值来自逆 磁测量. 图6-63 q 轮廓的选择 电流轮廓 主要针对 ITER 的两种运行模式 (稳态和准稳态) 可以有两种不同的选择 (图6-63) . 第一种模式针对 Q=10 的感应驱动模式,称为混合模式(hybrid scenario) ,一半等离 子体电流为非感应驱动,选择弱的正剪切,但中心区的

1 0 >

q ,以较低的等离子体电流达 到高的 li 和Nβ值,并可延长放电时间.在实验中,可以用降低电流或扩大放电通道(增加 小半径或增大拉长比)来实现.一般中心区为种子电流而边缘区为自举电流分布. 图6-64 JT-60 上高 p β 运行达到的离子 和电子温度分布并与 L 模比较 图6-65 JT-60 上的反剪切运行的 电子密度、 电子温度、 安全因子轮 廓 这一模式经常使用强的中性粒子注入,中心区离子温度比电子温度大得多(图6-64) , 而且高的旋转剪切造成内部输运垒.在现有的装置上已实现这样的运转,中心区

5 .

1 1

0 ? = q , 边缘区

5 .

4 5 .

3 95 ? = q , 对H98(y,2)定标律的增加系数达到 1.2-1.6. 在JT-60U 上,最高的 i E e T n τ 记录 keVs m

3 21

10 5 .

1 ? * 就是以这种模式达到的. 第二种模式针对 Q=5 的非感应驱动模式,称为稳态模式(steady-state scenario)为全 非感应电流驱动模式,选择为反剪切位形,以形成内部的输运垒,增强核心区约束,并保 证得到大的自举电流份额.从图 6-65 所示的 JT-60U 的测量结果看,其温度轮廓显著不同于 混合模式.其中心区

5 .

1 0 >

q 边缘区

5 95 >

q . 这种模式的实现一般用在电流上升期间用强的辅助加热把电流中空分布 冻结 起来 的办法,已在很多现有装置上进行了实验.以上两种为 ITER 设计的模式和原来设计参数的 比较见表 6-2. 表6-2 为ITER 所设计的两种先进模式和 ITER 原设计参数的比较 模式 Ip(MA) 非感应电流份额 HH98(y,2) li βN 持续时间 (s) 感应

15 0.15 1.0 0.8 1.8

400 混合 ~12 ~0.50 1-1.2 0.9 2-2.5

1000 稳态 ~9 1.00 ≥3 0.6 ≥2.6

3000 等离子体形状控制 如上所述,拉长截面可以提高 q 值,增加稳定性.但是拉长比κ 的增加一方面受垂直不稳定性的限制,另一方面,κ的增加会引起内感 li 的减少.更仔细的 计算得到有效表面 q 值为

2 2

3 2

2 0

2 95 ) /

1 1 /( ) /

65 .

0 17 .

1 )(

2 .

1 2

1 (

2 1

2 A A RI a B q p t ? ? ? + + = δ δ κ μ π (6-27) 其中,δ为三角形变形参数,A=R/a.上式右侧从第一个分式以后就是 q 值的增大因子.从 这个公式看,三角形变形对 q 值也起重大作用.所以截面变形(shaping)也是达到先进模 式的重要手段.并已在多项实验上得到验证.在为 ITER 设计的先进模式中,特别是稳态模 式,强调三角形变形. 图6-66为DIIID上的变形实验 所达到的等离子体参数.其纵轴

2 / a E βτ 相当于

2 ) /( t E aB nT τ , 横轴相当于聚变功率密度.所达到 的这两个参数都比 JET 和JT-60U 上 的实验结果和 ITER 的目标参数大

2 至3倍. 图图6-66 DIIID 上等离子体截面变形所达到的参数 高约束态的维持 高约束态,或称改善约束态,特别是高的 N β 运转,往往只能持续短 的时间.一般用能量约束时间为单位来判断高约束态的维持,可以以大于 E τ

5 或Eτ10 作为 稳态放电的标准.短于这个时间称为暂态放电.这大致相当于或高于粒子约束时间.一些 装置致力于提高改善约束态的持续时间.维持高约束态的关键问题之一是控制 3/2 和2/1 模 数的新经典磁岛的发展.例如在 JT-60U 上用控制新经典撕裂模使持续时间增加(图6-67) . 控制方法可以采用优化压强和电流轮廓,使相应共振面上的压强梯度减小,或者加大三角 形变来增加稳定(图6-68) .实时的控制可用电子回旋电流驱动(ECCD)来产生局部电流 使这些磁岛不致发展. 图6-67 JT-60 上高约束态持续时间的进展 图6-68 JT-60 三角形变对指标 p N H89 β 的影响 此外,在大的装置上,较粒子约束时间长的特征时间尺度有电流轮廓的弛豫时间和第 一壁的粒子饱和时间 R τ .未观察到电流轮廓弛豫时间对维持高约束态的影响.但是当壁处 于粒子饱和时,等离子体密度上升且不易控制.由此产生的维持问题正在研究和解决中. 图6-69 为JT-60 上自举电流份额(%)和Nβ在Rτ时间尺度下的进展.图6-70 为该装置在 达到壁饱和时间后发生的辐射功率增加、密度不易控制现象的示波图. 图6-69 JT-60 上自举电流和归一化比压的持续时间的进展 由于先进模式有多种指标, 往往使用枫叶图来表示所达到的结果, 例如图 6-71 为JT-60 上的一次高 p β 放电指标和为 ITER 设计的先进模式参数的比较. 图6-70 JT-60 上的长脉冲运行波形图 ........