实验提案 HT-7托卡马克 电子热输运研究 韩效锋 2009.HT-7冬季实验
报告主要内容 1.背景和意义 2.调研及方案 3.实验要求
1. 背景和意义 高温等离子体聚变反应，释放出能量的同时还存在多种能量损失机制 ，影响约束；这种实际的能量损失远大于经典的或新经典碰撞输运理论预言值，称为反常输运。 输运和约束息息相关，反常输运系数对等离子体参数的大小和空间分布也起主导作用，反常输运是实现托卡马克聚变的一个主要障碍，目前已有很多理论的和经验的输运模型，但尚不能确定引起反常输运的物理机制，寻找输运品质好的约束位形一直是实验和理论工作者的中心课题。
在HT-7上轮实验中，锂限制器及锂化实验在杂质（C、O）的抑制及再循环的控制方面都取得了一定的效果，能量约束时间及粒子约束时间都有所提高。 本课题主要研究欧姆放电下锂化前后电子热输运的变化，适当研究低杂波等条件下的电子温度刚性分布。 采用能量平衡分析法，和code理论模拟相结合，计算HT-7锂化前后的电子热输运系数分布及随各种参数的变化。
与流有关的梯度一般表达形式为： 该矩阵的左边为各种流，右边第一项称为Onsager对称矩阵，该矩阵中的对角元素为各个输运方程中的输运系数。右边第二个矩阵为磁面坐标下各状态量的梯度。
由于激光汤姆逊散射可以较好的给出电子温度和密度分布，而本课题的研究对象对此这些等离子体参数最为敏感，所以结论具有较高的可信度。 在归一化半径从0至0.65范围内，我们布置了6个空间点进行测量。
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2.调研及方案 要确定矩阵中的输运项，可以从流的平衡分析方法得到，也可以从调制的方法得到。 流的平衡分析方法是最先发展的，出发方程为 流的平衡方法的优点是简单、普遍，对梯度中状态量剖面的测量是正确确定输运系数的关键，尤其是电子温度剖面的测量。
稳态放电时，输入到等离子体中的能量应该等于从等离子中损失的能量。 欧姆放电时，有关系式： 又因为电子热传导损失项可表示为：
综上，电子热扩散系数可以表示为：
又因为： 在准稳态放电时， 的变化较小，可以忽略。 所以，
写成功率密度形式为：
在准稳态等离子体放电下，欧姆定律的简单形式为： 其中 ，E分别为平行的 平均电阻率和电场强度 所以：
为保证实验数据的自洽性及合理性，也为了验证数据的可信度，电流密度的积分值 应与实验上测量的 可比
电子离子碰撞能量转移项 欧姆放电时，离子就是通过此库仑碰撞被加热的，经典的碰撞能量转移可以写为：
对流损失项 一般取 通常 比相应的欧姆输入功率小两个量级以上，通过较严格的模拟计算验证后可以略去不考虑。
辐射损失项 1.韧致辐射 2.回旋辐射 损失相对较小，可忽略。 3.杂质辐射 和壁条件有关。
总的辐射功率分布以及相对欧姆输入功率的比值分布 与等离子体密度、放电类型、壁处理条件和放电气体等密切相关。 总的辐射损失弦积分量可以由Bolometer测量得到，进行Abel反演后可以求其空间分布
1.5 MW neutral beam heated discharges in the boronized and siliconized TEXTOR上硼化、硅化后辐射功率占总输入功率的比例随等离子体密度的变化情况。
虽然在HT-7托卡马克上有低杂波等多种电流驱动和辅助加热方式，但由于很难准确知道波的功率沉积剖面，因此我们把主要工作放在欧姆放电情况下的输运现象，适当研究低杂波等条件下的电子温度刚性分布。 本课题中我们主要采用能量平衡分析法，和code理论模拟相结合，计算HT-7锂化前后的电子热输运系数分布及随各种参数的变化。
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HT-7 参数 Main Mission: Steady-state high performance operation and related physics and technologies R = 1.22m, a = 0.27m Ip = 100~250 kA (250) BT = 1~2.5T(2.5) ne = 1~8x1013cm-3 (6.5) Te = 1~5 KeV (4.5) Ti = 0.2~1.5K eV (1.5) LHCD: f = 2.45GHz, P = 1.2MW(0.8) Pellet injector Supersonic beam injection
实验要求 锂化前： B=1.8T, ne= 1.5× 1019 m−3 Ip=100,130,160kA /3shot LHW: 0，300，600kW/3shot Te: Thomson scattering Ne: Combination of Thomson scattering and HCN Other parameters: HT-7 team
锂化后（50炮之内）： B=1.8T, ne= 1.5× 1019 m−3 Ip=100,130,160kA /3shot LHW: 0，300，600kW/3shot Te: Thomson scattering Ne: Combination of Thomson scattering and HCN Other parameters: HT-7 team
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