EAST离子回旋共振加热等离子体下的快离子行为研究

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在托卡马克装置上离子回旋加热(ICRH)产生的快离子对快波的传播与吸收、在背景离子和电子上的功率沉积份额以及等离子体的输运和稳定性起到非常重要的作用,成为EAST装置研究的重点之一。论文结合装置运行参数区间,采用理论和模拟相结合的方法,针对ICRH下快波的传播和吸收特性、快离子产生和损失行为进行了系统的研究,为优化加热方案和理解ICRH实验提供了重要的参考依据。  论文结合Stix磁面平均模型和反弹周期模型,推导了少数离子加热下的快离子分布函数,编写了分析程序。结合EAST装置运行参数区间,利用模拟程序,分析了ICRH下快波传播和吸收特性、功率在背景离子和电子上的沉积份额以及ICRH产生的快离子等;通过数值模拟和Stix解析模型的对比,验证模拟结果的可靠性;论文针对2014年EAST实验中ICRH加热实验,结合发展的分析程序和诊断实验数据,对基本的物理过程进行了初步的分析。  EAST上纵场线圈的分立性结构导致了波纹场的形成,论文结合EAST波纹场模型,分析了波纹场对快离子约束的影响,模型中包括两种损失的机制。第一个是波纹磁阱俘获:碰撞情况下,当香蕉粒子在反弹点附近穿越波纹场时有可能经过足够强的螺距角散射被波纹磁阱俘获;无碰撞情况下,香蕉粒子因为有限轨道宽度效应有可能在反弹点附近被波纹磁阱俘获。第二个是波纹随机扩散,波纹会引起香蕉粒子在反弹点附近的径向跳跃,改变了香蕉粒子的运动轨道。这两种机制都会引起香蕉粒子一个附加的径向输运,结果可能会导致其输运到等离子体外而损失掉。  在EAST装置上,快离子波纹损失是一个必须考虑的问题。而ORBIT程序结合蒙特卡洛方法则可以用来分析离子回旋共振加热下的快离子波纹损失。所以本次模拟主要利用ORBIT程序和之前的模拟结果,评估不同参数区间下ICRH产生的快离子的损失行为。
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