波紋場和新經(jīng)典撕裂模對(duì)托卡馬克中快離子輸運(yùn)影響的數(shù)值模擬研究

劉 錦 陳嘉盈 常悅悅 詹 研 虞立敏

（華東理工大學(xué)理學(xué)院上海200237）

化石能源的枯竭是人類必須面對(duì)的問題，可控核聚變?yōu)槿祟惤鉀Q能源危機(jī)提供了一個(gè)可能的思路。托卡馬克是當(dāng)前熱門的可控核聚變裝置［1-2］。受控磁約束核聚變領(lǐng)域一個(gè)重要的問題是如何更好地約束快離子，通常擾動(dòng)場（包括裝置本身固有的波紋場和不穩(wěn)定性產(chǎn)生的擾動(dòng)場）引起快離子再分布和損失，而快離子損失不僅會(huì)降低等離子體溫度，降低聚變反應(yīng)率，而且也會(huì)損傷裝置器壁，影響裝置的壽命。因此研究快離子的輸運(yùn)和損失的物理機(jī)制對(duì)提升核聚變裝置中等離子體性能和延長裝置壽命有重要的意義［3-5］。

波紋擾動(dòng)和新經(jīng)典撕裂模（Neoclassical Tearing Mode，NTM）對(duì)快粒子輸運(yùn)乃至對(duì)裝置運(yùn)行造成重要影響，因而得到廣泛的研究。波紋擾動(dòng)指由于環(huán)向場線圈有限，有線圈的地方磁場大、無線圈的地方磁場小導(dǎo)致的類似波紋的環(huán)向場［3，6-7］。Wu等［8］使用ORBIT和NUBEAM/TRANSP代碼計(jì)算了不同中性束注入方式下的束離子瞬態(tài)損失和波紋損失，提出波紋損失的主要過程是捕獲粒子拐點(diǎn)徑向漂移引起的波紋隨機(jī)擴(kuò)散，以及提高等離子體電流可以有效減少離子損失；李吉波［3］利用ORBIT模擬了不同的等離子體電流、快離子螺距角分布等因素對(duì)波紋損失的影響，得出等離子體電流較小和快離子螺距角較大的時(shí)候，損失份額較大；Nave等［9］研究了離子回旋射頻（Ion-Cyclotron Radio Frequency，ICRF）加熱下的等離子體中波紋場振幅由0.08%～1.5%的情況，研究顯示：由于熱離子和快離子的輸運(yùn)產(chǎn)生的扭矩會(huì)引起等離子體反向旋轉(zhuǎn)。……