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EAST(先进实验超导托卡马克)是具有全超导和非圆截面的托卡马克装置,其主要目标是为了研究高参数条件下等离子体的稳态和先进运行模式。实现这一目标的重要条件之一就是要有大的非感应电流。目前低杂波被认为是驱动非感应电流的一个强有力的手段,它不但可以驱动出非感应的环向电流,而且还可以控制等离子体的电流分布进而改善等离子体的约束。
为了对具有非圆截面位形的EAST上的低杂波电流驱动实验进行先期的预演,对原来只能够模拟圆形截面下低杂波电流驱动的程序进行了改进,使之能够模拟不同截面位形下的低杂波电流驱动。通过与LSC(低杂波模拟程序)结果的比较,验证了该程序的可靠性。
运用改进后的低杂波电流驱动程序,详细计算了EAST上低杂波功率沉积和电流驱动分布与波注入位置,功率谱,等离子体参数,平衡位形形状,径向扩散效应的关系。这些数值模拟结果对EAST低杂波电流驱动实验有一定的参考价值。
通过模拟结果发现:波注入位置对低杂波功率沉积和电流驱动的影响非常大,为了得到比较理想的电流驱动效果,就要选取合适的波注入点;等离子体温度对低杂波功率沉积和电流驱动分布以及电流驱动效率有很大的影响,随着等离子体温度的升高,功率沉积分布和电流驱动分布明显的向等离子体的离轴方向移动;通过选取合适的低杂波功率谱,等离子体密度,温度及其分布可以对低杂波电流驱动分布进行有效的控制,进而得到比较有利于约束改善的等离子体电流分布;等离子体的平衡位形形状对低杂波电流驱动的影响也很大,因而可以通过优化等离子体的平衡位形来得到比较理想的电流驱动效果;考虑扩散效应后,驱动电流密度分布变平展宽,电流驱动的分布随着扩散系数的增大逐渐向外层移动,由局域分布演化成非局域性分布,驱动电流的大小和效率随着扩散系数的增大而降低。
在改进的低杂波电流驱动程序基础上,又发展了能够模拟双波协同作用下的低杂波电流驱动程序。在离子波恩斯坦波与低杂波电流驱动协同的模拟中发现:在非圆截面,离轴电流驱动条件下发生了非局域的协同效应;离子波恩斯坦波对电子分布函数的准线性修正不能被局限在某一个固定的空间内,被修正后的电子分布函数对低杂波电流驱动的影响是全局的;协同效应是否有助于提高低杂波电流驱动效率,主要依赖于所选择的离子波恩斯坦波功率谱。