中國聚變工程試驗堆上新經典撕裂模和縱場波紋擾動疊加效應對alpha粒子損失影響的數值模擬*

郝保龍 陳偉 李國強 王曉靜 王兆亮 吳斌 臧慶揭銀先 林曉東 高翔 CFETR TEAM

1) (深圳大學新能源研究中心， 深圳 518060)

2) (核工業西南物理研究院， 成都 610225)

3) (中國科學院等離子體物理研究所， 合肥 230031)

托卡馬克聚變堆中高能量alpha粒子的良好約束是獲得穩態燃燒等離子體的前提， 除了磁場波紋損失，不穩定性也會引起額外的損失.本文基于中國聚變工程試驗堆(CFETR)參數， alpha粒子初始分布和新經典撕裂模(NTM)擾動分布， 利用粒子導心跟蹤方法分別對磁場波紋和NTM兩種擾動及疊加下的粒子損失進行了詳細的數值模擬.結果顯示粒子損失份額不隨NTM擾動幅度增大而增大， 兩種擾動的疊加效應不明顯.通過掃描裝置波紋度大小以及分析相空間粒子密度和波紋損失區分布， 確認原因是CFETR波紋損失區較小， 沒有覆蓋高能量粒子(EP)密度和NTM擾動主要分布區.此外， NTM沒有引起直接粒子損失和俘獲粒子剖面坍塌.顯著的俘獲粒子密度剖面展平， 并擴展到波紋損失區是兩種擾動疊加效應顯著的前提.無碰撞波紋隨機擴散是CFETR初始分布alpha粒子的主要損失通道， 通行粒子約束不受磁場波紋影響.本文研究結果對CFETR概念設計中alpha粒子物理和低頻不穩定性下的EP行為具有重要意義.

1 引 言

磁約束核聚變研究在約70年的發展后到了建設聚變實驗堆階段， 國際熱核聚變實驗堆(ITER)的工程建設持續推進， 預期2025年開始放電.我國在ITER物理設計和工程技術基礎上發展的中國聚變工程試驗堆(CFETR)作為ITER和聚變電……