近日,由EAST團隊孫有文三維物理課題組王輝輝博士負(fù)責(zé)的誤差場鎖模研究取得了新進(jìn)展。研究成果以“Toroidal field and q95 scalings on error field penetration in EAST”為題發(fā)表在核聚變領(lǐng)域核心期刊Nuclear Fusion(Wang H. H.,Sun Y. W. et al, Nucl.Fusion:60,126008(2020))。
鎖模誘發(fā)等離子體大破裂是未來磁約束聚變堆裝置如ITER等能否高參數(shù)穩(wěn)態(tài)運行面臨的一個巨大挑戰(zhàn)。為了避免鎖模,ITER專門設(shè)計了校正場線圈(CC)系統(tǒng),而鎖模的定標(biāo)模型與實驗結(jié)果至今仍存在較大差異。因此近二十年來,國際上主要的托卡馬克裝置為此開展了大量的誤差場鎖模定標(biāo)實驗研究,而誤差場鎖模實驗定標(biāo)與理論模型仍然差距巨大且懸而未決。為此,自從2014年EAST上共振磁擾動系統(tǒng)建立以來,課題組系統(tǒng)性開展了誤差場鎖模實驗研究,并取得了一系列新進(jìn)展。課題組前期開展了測量EAST固有誤差場[Wang H.H.,et al,Nuclear Fusion:56, 066011(2016)]和誤差場鎖模閾值與密度定標(biāo)的研究[Wang H.H.,et al,Nuclear Fusion:58,056024(2018)]。
課題組基于EAST詳細(xì)研究了誤差場鎖模閾值與縱場、邊界安全因子的定標(biāo)關(guān)系。課題組首次給出了直接分析實驗定標(biāo)結(jié)果的廣義理論公式。與此同時,課題組分別在歐姆和射頻加熱下開展了誤差場鎖模閾值與縱場的定標(biāo)研究。針對兩種加熱情況均做了詳細(xì)的物理區(qū)間分析,首次從理論上自洽解釋了實驗上觀測到的鎖模閾值與縱場的定標(biāo)結(jié)果,并與其他裝置結(jié)果進(jìn)行了直接對比,見圖1。同時,通過詳盡的理論分析也成功解釋了EAST上觀測到的誤差場鎖模邊界安全因子定標(biāo)結(jié)果,見表1。此外,EAST誤差場鎖模研究的相關(guān)成果已編入國際托卡馬克物理活動(ITPA)下磁流體、破裂和磁控制專題報告(MDC-19 2017,MDC-19 2019)中并提交到ITER總部,為ITER后續(xù)鎖模研究提供參考。除此之外,該結(jié)果已應(yīng)用到對CFETR誤差場容忍度的外推上。
以上工作得益于EAST大科學(xué)工程團隊成員間的通力協(xié)作,這些系統(tǒng)性研究結(jié)果對于以后聚變堆設(shè)計以及評估聚變堆能否穩(wěn)態(tài)高參數(shù)運行具有重要的科學(xué)意義和應(yīng)用價值。相關(guān)研究受到國家重點研發(fā)、國家自然科學(xué)基金、國家磁約束核聚變能發(fā)展研究專項等項目的資助。
論文鏈接:
https://iopscience.iop.org/article/10.1088/1741-4326/abaff7
http://iopscience.iop.org/article/10.1088/1741-4326/aab5c0 https://iopscience.iop.org/article/10.1088/0029-5515/56/6/066011
圖1. EAST上縱場實驗定標(biāo)結(jié)果與其他裝置結(jié)果比較
表1. EAST上誤差場鎖模邊界安全因子實驗定標(biāo)與理論分析吻合