1、等离子等离子体电流爬升段的伏秒消耗及优化分析体电流爬升段的伏秒消耗及优化分析 等离子体物理研究所等离子体物理研究所2009-12-18 ASIPPq研究背景研究背景q伏秒消耗计算模型伏秒消耗计算模型q总结总结 ASIPPEAST运行目标是1000s长脉冲运行及在稳态运行下改善约束托卡马克是脉冲运行模式，来自系统的伏秒数是有限的扫描不同的等离子体爬升率分析爬升段等离子体各伏秒消耗份额，等离子体内感li，Ejima系数CE提高欧姆驱动效率在伏秒优化与稳定性之间建立平衡点 ASIPPEjima首先应用于DoubletIII装置）ASIPP SEJtwdVSdVEJdVtwHES222002EBwEJ
2、dVEBtdVSdBE2/2/20020PB)(FBtWtWtIIpVPlossfieldTFTFSurfaceInput/022/tBdVtITFTFtWtBdVIpVlossPSurface/2/02RadiationEJdVtBdVIpVPSurface022/ASIPP ASIPPsistivenductiveISurfaceSurfaceVdtRe/)(2/)(02RadiationEJdVIpdttBtdVIpdttRpI00/ERCR Ip dtdVssCoil No.Rated current(kA)Max.voltage(kV)load steady voltage(V)R1
3、(R2)(m)PS11-14.514.51.2280150PS22-14.514.51.2280150PS33-14.514.51.2280150PS44-14.514.51.2280150PS55-14.514.51.2280150PS66-14.514.51.2280150PS77,9-14.514.52.4560150PS88,10-14.514.52.4560150PS911-14.514.50.6280150PS1012-14.514.50.6280150PS1113-14.514.50.261601500PS1214-14.514.50.261601500 ASIPPq 1234-
4、6-4-20246-6-4-20246-6-4-20246-6-4-202468-4-2024-20-4-3-2-101234 PF1/KAtime/s1234-6-5-4-3-2-101234567 PF3/KAtime/s1234-6-4-202468 PF5/KAtime/s1234-4-3-2-101234 PF7-9/KAtime/s1234-2-101 PF11/KAtime/s1234-4-3-2-101234 PF13/KAtime/s1234540608010012014016018020022024026028030050100150200250300 Ip/KAtime/
5、s等离子体电流Ip波形PF电流演化波形 ASIPPinternalexternaltotalresistiveinductiveinternal2lRIiP0inductivePEresistiveICR0 电感性伏秒消耗用于建立等电感性伏秒消耗用于建立等离子体所需的磁场位形离子体所需的磁场位形 电阻性伏秒消耗用于等离子电阻性伏秒消耗用于等离子体内部所需的欧姆加热耗散体内部所需的欧姆加热耗散 外部伏秒消耗用于涡流损耗外部伏秒消耗用于涡流损耗 ASIPPq 0123456-2.5-2.0-1.5-1.0-0.50.00.51.01.52.0 Flux.Wbtime/s01234560.00.51
6、.01.52.02.53.03.54.0 Flux/Wbtime/s Total Int Ext极向场提供的伏秒总伏秒、内部伏秒和外部伏秒消耗 ASIPP0123456-0.50.00.51.01.52.02.53.03.5 Flux/Wbtime/s Int Res Indtime/sTotalRes.Ind.0.20001.271.390.590.333.572.892.030.384.013.122.310.374.733.622.770.35表一伏秒消耗各份额随时间演化（Wb）内部伏秒、阻性伏秒和感性伏秒消耗 ASIPP ASIPP0.51.01.50100200300400500 I
7、p/KAIp ramp rate(MA/s)q 峰值电流峰值电流 Ip 与扫描的等离子体电流爬升率无关与扫描的等离子体电流爬升率无关q 慢的电流慢的电流Ip爬升率消耗更多的伏秒数爬升率消耗更多的伏秒数等离子体电流峰值电流Ip随爬升率波形 ASIPP0.51.01.50.80.91.01.11.21.31.41.5 Ip ramp rate(MA/s)q 扫描电流爬升率过程中等离子体拉扫描电流爬升率过程中等离子体拉长比几乎保持不变长比几乎保持不变q 在电流上升段快速爬升节约伏秒，在电流上升段快速爬升节约伏秒，在平顶段进行位形成形及优化在平顶段进行位形成形及优化等离子体拉长比k与电流爬升率波形 A
8、SIPP0.51.01.50.700.750.800.850.900.951.001.051.10 liIp ramp rate(MA/s)q过慢的电流爬升会引起边界冷却导致电过慢的电流爬升会引起边界冷却导致电流剖面的收缩，引起大的内感，引发密度流剖面的收缩，引起大的内感，引发密度极限破裂极限破裂q过大的爬升速率带来较小的等离子体内过大的爬升速率带来较小的等离子体内感，较宽的电流密度分布，从而触发感，较宽的电流密度分布，从而触发m/n有理面撕裂模不稳定性，引起等离子体破有理面撕裂模不稳定性，引起等离子体破裂。裂。q优化的爬升率是在伏秒消耗优化和稳定优化的爬升率是在伏秒消耗优化和稳定性之间建立的
9、一个平衡点，如图判断优化性之间建立的一个平衡点，如图判断优化的电流爬升率为的电流爬升率为等离子体内感li0.51.01.50.00.20.40.60.81.0 CEIp ramp rate(MA/s)Ejima 系数S/MA.Ip01q 过慢的爬升率耗散更多的欧姆伏秒数过慢的爬升率耗散更多的欧姆伏秒数q 过快的爬升率会带来过快的爬升率会带来 MHD 不稳定事件的发生不稳定事件的发生q 优化的爬升率即为在初始爬升率和优化的爬升率即为在初始爬升率和MHD稳定性之间稳定性之间建立的平衡点建立的平衡点q利用能量守恒分析了利用能量守恒分析了shot#8858炮的伏秒消耗及对其炮的伏秒消耗及对其优化的电流爬升率为优化的电流爬升率为 1.0 MA/s ASIPP
