【摘 要】
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等离子体加料是维持托卡马克装置稳态运行的必要条件,同时也是提高能量约束性能的重要手段。弹丸注入因具有较深的粒子注入深度以及较高的加料效率,被选为未来国际热核聚变实验堆ITER的主要加料方式。此外,弹丸注入还被广泛用于控制边界局域模（ELM）。我国全超导托卡马克EAST装置配备了先进的弹丸注入系统,并已开展了一系列弹丸加料及弹丸注入触发ELM的实验研究。但由于缺乏有效的测量手段,实验上很难定量给出弹
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等离子体加料是维持托卡马克装置稳态运行的必要条件,同时也是提高能量约束性能的重要手段。弹丸注入因具有较深的粒子注入深度以及较高的加料效率,被选为未来国际热核聚变实验堆ITER的主要加料方式。此外,弹丸注入还被广泛用于控制边界局域模（ELM）。我国全超导托卡马克EAST装置配备了先进的弹丸注入系统,并已开展了一系列弹丸加料及弹丸注入触发ELM的实验研究。但由于缺乏有效的测量手段,实验上很难定量给出弹丸注入后中性粒子在刮削层（SOL）中的演化,同时,由于汤姆逊散射系统存在较大误差,实验上弹丸注入引起的温度变化也有待于验证。因此,本论文参考EAST实验参数,针对弹丸注入等离子体后的消融和输运等物理过程进行了模拟研究,其结果可以为实验提供理论和模拟参考。本工作主要分为两部分,首先以EAST弹丸加料实验为依托（80848炮）,比较了动态中性气体屏蔽（DNGS）模型和动态Kuteev消融模型下氘弹丸的消融速率,并与实验结果进行了对比。模拟结果显示,在各参数相同的情况下,DNGS模型下弹丸消融速率更小,得到的弹丸消融深度更深。相比于动态Kuteev消融模型,DNGS模型与实验结果符合的更好。第二部分采用DNGS模型结合边界等离子体输运程序SOLPS,参照EAST装置高约束模式放电实验参数（70601炮）,对氘弹丸注入后的消融、输运过程,以及对背景等离子体的扰动进行了模拟研究。模拟中发现,氘弹丸注入后SOL出现明显原子沉积现象,是由于氘弹丸进入分界线后快速消融,消融粒子向外扩散导致。模拟结果表明,SOL原子沉积量很大程度上取决于入射速度,弹丸速度增大,SOL内原子密度沉积量明显下降,沉积时间也会缩短。本工作还讨论了不同种类弹丸注入对ELM触发的影响,相同参数下氘弹丸产生的压强扰动明显高于锂弹丸。此外,弹丸半径一定时,当注入速度从300 m/s减小到100 m/s,最大压强扰动明显增强,说明弹丸注入速度对ELM触发效果有较大的影响。本工作得到的结论可以为弹丸加料和ELM触发的参数选择提供参考。
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