EXL-50U球形环中快离子磁场波纹损失的优化模拟研究

作者：郝保龙; 李颖颖^*; 陈伟; 郝广周; 顾翔; 孙恬恬; 王嵎民; 董家齐; 袁保山; 彭元凯; 石跃江; 谢华生; 刘敏胜; ENN TEAM

来源：Acta Physica Sinica, 2023, 72(21): 251-264.

• 磁约束核聚变
• 球形环
• 快离子
• 磁场波纹

EXL-50U装置高参数等离子体的实现对中性束注入(NBI)加热的依赖非常敏感,期望NBI快离子约束良好并通过碰撞慢化把能量传给背景等离子体.本文基于集成模拟给出的平衡位形、快离子分布和装置波纹度数据对快离子波纹损失开展了模拟研究.发现快离子波纹损份额约为37%,局域热斑约0.6 MW/m2,对装置实验运行来说不可接受.其优化方案包括移动等离子体位置和加FI(铁素体钢插件)降低波纹度,增大Ip(等离子体电流)以及优化NBI角度.结果显示必须控制波纹度分布且增大Ip到600 kA以上,才能使快离子损失降低到3%—4%,局域热斑降低一个量级.本文总结了装置设计时快离子波纹损失评估的方法,包括相空间快离子分布和波纹损失区重合度,全要素慢化时间尺度粒子跟踪.还总结了降低波纹损失的工程和物理途径,为集成模拟迭代优化和装置运行提供模拟支持.

• 单位
  核工业西南物理研究院