EAST中性束注入下快離子輸運(yùn)行為的研究

肖 敏 吳 斌 鐘國(guó)強(qiáng) 胡立群 王進(jìn)芳 郝保龍黃 娟 周瑞杰 李 凱

1（中國(guó)科學(xué)院等離子體物理研究所 合肥 230031）

2（中國(guó)科學(xué)院大學(xué) 北京 100049）

為了使磁約束聚變裝置達(dá)到點(diǎn)火條件，需要的外部輔助加熱手段包括中性束注入加熱、低雜波加熱、電子回旋共振加熱、離子回旋共振加熱等。等離子體中的快離子主要來源于聚變反應(yīng)產(chǎn)物、中性束注入加熱和離子回旋共振加熱。目前，EAST（Experimental Advanced Superconducting Tokamak）托卡馬克磁約束聚變裝置上擁有的輔助加熱包括：8 MW的中性束注入（Neutral Beam Injection，NBI）加熱、10 MW的低雜波（Lower Hybrid Waves，LHW）加熱、2 MW的電子回旋共振加熱（Electron Cyclotron Resonance Heating，ECRH）和12 MW的離子回旋共振加熱（Ion Cyclotron Resonance Heating，ICRH）。當(dāng)前EAST裝置上的快離子主要由NBI輔助加熱產(chǎn)生。NBI注入到等離子體中的中性原子通過電荷交換或者電離變成快離子被磁場(chǎng)俘獲，被俘獲的快離子再通過庫(kù)侖碰撞將能量傳遞給背景等離子體中的電子和離子，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)等離子體的加熱。

為實(shí)現(xiàn)磁約束等離子體自持聚變反應(yīng)，需將快離子約束在磁場(chǎng)區(qū)域內(nèi)足夠長(zhǎng)時(shí)間，使其充分碰撞加熱主等離子體并驅(qū)動(dòng)電流，從而發(fā)生大量聚變反應(yīng)來實(shí)現(xiàn)自加熱。等離子體在沒有明顯的磁流體（Magnetohydrodynamics，MHD）不穩(wěn)定性情況下，快離子的損失主要包括初始軌道損失（Prompt loss、First orbit loss）和波紋損失。EAST裝置上的波紋損失相對(duì)較小，因而本文的分析過程中主要考慮快離子的初始軌道損失［1-3］。等離子體中的快離子損失到裝置第一壁上會(huì)破壞等離子體放電，同時(shí)可能會(huì)因?yàn)榫植康臒嶝?fù)荷對(duì)裝置第一壁造成嚴(yán)重的損傷［4］。因此，如何將快離子更好地約束在等離子體中，是一個(gè)非常重要的研究課題。……