聚变堆高能离子轨道损失数值模拟研究

In the future fusion reactor, alpha particle heating is the main source of support for fusion reactor self-sustaining combustion, and its power will be substantially more than the NBI, RF heating and other auxiliary heating power. Energy loss of high generic ion will affect the plasma confinement property, and cause serious local first wall damage in fusion reactor. Using classic guiding center orbit calculation, high-generic ion track loss will be calculated in the fusion reactor, include the first orbit loss of energetic ion, toroidal field ripple loss and disturbance field loss by MHD instability, especially the accurate calculation of high energy ions in multiple Alfven perturbation field, toroidal field ripple, external RMP field to magnetic field perturbation and high-energy ion transport and confinement behavior caused by magnetic field perturbation stochastic randomization. The project will help to understand the physical mechanism of the fusion reactor alpha particle heating, and help to the research of the advanced fusion reactor design for CFETR projects in China.

在未来的聚变堆中，alpha粒子加热功率将大幅度超过中性束注入、射频波加热等辅助加热功率，成为支持聚变堆自持燃烧的主要加热来源，alpha粒子加热及其引起的高能离子损失会影响等离子体的约束性能，局域性很强的高能离子损失有可能形成严重的聚变堆第一壁的局部损伤。本课题利用经典导心轨道程序计算聚变堆中MeV量级的高能离子轨道行为，研究高能离子沉积后的第一轨道损失，纵场波纹损失以及MHD不稳定性扰动引起的扰动场损失，特别是精确计算高能离子在多支Alfven扰动场、纵场波纹和外加螺旋场对平衡磁面的扰动和随机无规化所引起的高能离子输运和约束行为。项目的实施有助于理解聚变堆alpha粒子加热的物理机制，对国内CFETR项目开展的先进聚变堆设计研究有重要意义。

在未来的聚变堆中，alpha粒子加热功率将大幅度超过中性束注入、射频波加热等辅助加热功率，成为支持聚变堆自持燃烧的主要加热来源，alpha粒子加热及其引起的高能离子损失会影响等离子体的约束性能，局域性很强的高能离子损失有可能形成严重的聚变堆第一壁的局部损伤。.本课题利用经典导心轨道程序计算聚变堆中MeV量级的高能离子轨道行为，研究高能离子沉积后的第一轨道损失，纵场波纹损失以及MHD不稳定性扰动引起的扰动场损失，特别是计算了高能离子在纵场波纹扰动、新经典撕裂模和纵场波纹扰动叠加效应、多支Alfven波共同作用下的高能离子轨道行为。.在项目的支持下建立了一个较完备的计算聚变堆高能离子轨道损失的数值模拟程序系统，可以对第一轨道损失，纵场波纹损失以及MHD不稳定性扰动引起的扰动场损失进行数值模拟研究。项目的顺利实施有助于理解聚变堆alpha粒子加热的物理机制，对国内CFETR项目开展的先进聚变堆设计研究有重要意义。

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