托卡马克中离子回旋共振加热下的磁化射频鞘的粒子模拟
项目介绍
AI项目解读
基本信息
- 批准号:11775257
- 项目类别:面上项目
- 资助金额:56.0万
- 负责人:
- 依托单位:
- 学科分类:A2901.等离子体基本过程与特性
- 结题年份:2021
- 批准年份:2017
- 项目状态:已结题
- 起止时间:2018-01-01 至2021-12-31
- 项目参与者:胡友俊; 桂彬; 林滨滨; 赵晓云; 黄跃恒;
- 关键词:
项目摘要
In tokamak devices, ion cyclotron resonance heating (ICRH) can drive radio-frequency(rf) sheaths which may produce a number of unwanted interactions . Understanding the magnetized rf sheath induced by ICRH in a tokamak has been of significance for the controlling contamination of the core plasma, the extension lifetime of antenna and relevant component, and improvement of coupling efficiency of ion cyclotron wave with plasma. In this projection, the properties of magnetized plasma rf sheath containing energetic ions are examined by the particle-in-cell(PIC) method in plasma software VORPAL framework, combined with ICRH experimental results in EAST and theroy of rf sheath. As the important application of this model, impurity sputtering yield is calculated by using the empirical formulas based on the Sigmund's theroy, surface temperature of material is obtained by considering interaction among heat flux through the sheath at the material and material thermal response, the sheath power dissipation is understanded by discussion the sheath voltage-current relation. On the basis of the explanation of the experimental results associated with rf sheath during ICRH, we expore the effective impurity control approaching in ICRH, elaborate the resoan of hot spot on the surfaces of antenna and relevant component, and find out some new methods to reduce the sheath power dissipation. The simulation results provide a reference for the optimized antennna designs for EAST and anntenna designs for next reactor with ICRH.
在托卡马克装置中,离子回旋共振加热(ion cyclotron resonance heating, ICRH)引起的射频鞘会诱发一系列负面效应。数值模拟ICRH下的射频鞘,对控制芯部等离子体污染,延长天线和相关部件的材料寿命,提高波与等离子体的耦合效率有着重要意义。本项目利用粒子模拟软件VORPAL,结合ICRH实验结果和射频鞘的理论,研究ICRH时存在高能离子的磁化射频鞘的结构特性。然后根据基于Sigmund理论的经验公式计算杂质溅射产额;考虑横越鞘层打到材料表面的能流和材料相互作用,分析材料表面温度变化规律;通过讨论鞘层电流的伏安关系,理解鞘功率损耗。在解释ICRH中与射频鞘相关的实验现象基础上,探索控制高功率ICRH下杂质产生的有效措施,阐明在ICRH中天线相关部件表面形成热斑的原因以及寻找减少鞘功率损耗的方法,为EAST天线优化和今后反应堆利用ICRH时的天线设计提供参考。
结项摘要
在托卡马克装置中,离子回旋共振加热(ion cyclotron resonance heating, ICRH)引起的射频鞘会诱发一系列负面效应。数值模拟ICRH下的射频鞘,对控制芯部等离子体污染,延长天线和相关部件的材料寿命,提高波与等离子体的耦合效率有着重要意义。本项目采用数值计算方法,结合ICRH实验结果和射频鞘的理论,研究ICRH时存在高能电子/离子的射频鞘的结构特性,揭示鞘层电势和鞘层长度在不同等离子体参数和扰动电流源下的变化规律。然后根据基于Sigmund理论的经验公式计算杂质溅射产额;分析存在高能电子和磁场下的离子能量分布;考虑横越鞘层打到材料表面的能流;计算存在高能电子/离子情况下的鞘功率损耗。在解释ICRH中与射频鞘相关的实验现象基础上,探索控制高功率ICRH下杂质产生的有效措施,阐明存在高能电子下热流打到ICRH中天线相关部件表面增大的原因以及寻找减少鞘功率损耗的方法,为EAST天线优化和今后反应堆利用ICRH时的天线设计提供参考。受项目资助,在《Plasma Phys. Controlled Fusion》,《Phys. Plasmas》等杂志上共发表SCI收录论文八篇,其中项目负责人作为第一作者七篇。
项目成果
期刊论文数量(8)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
Numerical investigation of a radio frequency sheath with suprathermal electrons in the presence of the magnetic field
磁场存在下具有超热电子的射频鞘的数值研究
- DOI:10.1088/1402-4896/ac198c
- 发表时间:2021
- 期刊:Phys. Scr.
- 影响因子:--
- 作者:Jing Ou;Yueheng Huang
- 通讯作者:Yueheng Huang
Ion energy distribution in a radio frequency sheath of plasma with Kappa electron velocity distribution
具有 Kappa 电子速度分布的等离子体射频鞘中的离子能量分布
- DOI:10.1002/ctpp.202000108
- 发表时间:2020-10
- 期刊:Contrib. Plasma Phys.
- 影响因子:--
- 作者:Jing Ou;Yueheng Huang
- 通讯作者:Yueheng Huang
Estimation of the sheath power dissipation induced by ion cyclotron resonance heating
离子回旋共振加热引起的鞘层功率耗散的估计
- DOI:10.1088/2058-6272/ab77d2
- 发表时间:2020-04
- 期刊:Plasma Science and Technology
- 影响因子:1.7
- 作者:An Xin;Ou Jing;Men Zongzheng
- 通讯作者:Men Zongzheng
Formation of the radio frequency sheath of plasma with Cairns–Tsallis electron velocity distribution
等离子体射频鞘层的形成与 Cairns–Tsallis 电子速度分布
- DOI:10.1063/5.0015346
- 发表时间:2020-08
- 期刊:Physics of Plasmas
- 影响因子:2.2
- 作者:Jing Ou;Zongzheng Men
- 通讯作者:Zongzheng Men
Estimation of tungsten production from the upper divertor in EAST during edge localized modes
边缘局域模式下 EAST 上部偏滤器的钨产量估算
- DOI:10.1088/1674-1056/ab5279
- 发表时间:2019-12
- 期刊:Chin. Phys. B
- 影响因子:--
- 作者:Jing Ou;Nong Xiang;Zong-Zheng Men;Ling Zhang;Ji-Chan Xu;Wei Gao
- 通讯作者:Wei Gao
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- DOI:--
- 发表时间:2012
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等离子体形状对int的影响
- DOI:--
- 发表时间:2014
- 期刊:Physics of Plasmas
- 影响因子:2.2
- 作者:欧靖;吴国将;李新霞
- 通讯作者:李新霞
Numerical analysis of high Mach flow and flow reversal in the experimental advanced superconducting tokamak divertor
先进超导托卡马克偏滤器实验中高马赫流和逆流的数值分析
- DOI:10.1088/1674-1056/20/9/095201
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- 期刊:
- 影响因子:--
- 作者:欧靖;杨锦宏
- 通讯作者:杨锦宏
单磁岛对热输运影响的数值计算
- DOI:--
- 发表时间:2012
- 期刊:核聚变与等离子体物理
- 影响因子:--
- 作者:杨锦宏;储德林;欧靖;叶磊
- 通讯作者:叶磊
偏滤器运行模式对托卡马克边缘区等离子体平行流的影响
- DOI:--
- 发表时间:2012
- 期刊:物理学报
- 影响因子:--
- 作者:欧靖;杨锦宏
- 通讯作者:杨锦宏
其他文献
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