本發(fā)明涉及磁約束聚變裝置運(yùn)行方法領(lǐng)域，具體是一種適用聚變堆的穩(wěn)態(tài)高約束高頻小幅度邊界局域模運(yùn)行方法。

背景技術(shù)：

高約束運(yùn)行模式（h模）是現(xiàn)今托卡馬克裝置主要的基礎(chǔ)運(yùn)行模式。在h模約束下，在托卡馬克邊界形成密度和溫度陡峭分布的臺(tái)基區(qū)，即邊界輸運(yùn)壘。一般來(lái)說(shuō)，在進(jìn)入h模之后，邊界輸運(yùn)壘形成并不斷升高，邊界壓強(qiáng)梯度和自舉電流也不斷增加，當(dāng)達(dá)到一定閾值后，邊界輸運(yùn)壘崩塌，爆發(fā)邊界局域模。邊界局域模隨著邊界輸運(yùn)壘的崩塌和建立周期性爆發(fā)。普遍認(rèn)為邊界局域模是一種由臺(tái)基壓力梯度驅(qū)動(dòng)的氣球模和邊界電流密度驅(qū)動(dòng)的剝離模共同驅(qū)動(dòng)的磁流體力學(xué)不穩(wěn)定性現(xiàn)象。邊界局域模爆發(fā)，一方面有利于粒子和雜質(zhì)的排出，另一方面大幅度邊界局域模所帶來(lái)的瞬態(tài)熱負(fù)荷會(huì)侵蝕偏濾器靶板，并產(chǎn)生大量雜質(zhì)污染芯部等離子體，破壞等離子體的約束，使得核反應(yīng)條件難以穩(wěn)定維持。因此，在高的邊界輸運(yùn)壘，好的等離子體約束的情況下，緩解或者抑制高的邊界輸運(yùn)壘崩塌，即大幅度的第一類邊界局域模的爆發(fā)，維持等離子體的穩(wěn)態(tài)運(yùn)行，是世界磁約束聚變界面臨的一個(gè)重要難題。

通過(guò)獲得無(wú)邊界局域?；蛐∵吔缇钟蚰５母呒s束運(yùn)行模式可以避免大幅度邊界局域模所帶來(lái)的靶板熱負(fù)荷問(wèn)題。目前世界各大裝置上已經(jīng)獲得多種小邊界局域?；驘o(wú)邊界局域模的h模，如第三類邊界局域模，dα增強(qiáng)型h模，高再循環(huán)h模，i模等運(yùn)行模式。然而這些運(yùn)行模式只能部分地解決上述維持高約束高參數(shù)穩(wěn)態(tài)運(yùn)行同時(shí)避免大幅度邊界局域模爆發(fā)的難題。如第三類邊界局域模雖然其邊界局域模幅度較小，但其等離子體約束也相對(duì)較差。而無(wú)邊界局域模h模雖然其等離子體約束能力一般較好，但要么其雜質(zhì)排除能力差，容易發(fā)生雜質(zhì)聚芯問(wèn)題，影響等離子體穩(wěn)態(tài)運(yùn)行，要么不容易在高參數(shù)條件下實(shí)現(xiàn)。

可見(jiàn)，實(shí)現(xiàn)穩(wěn)態(tài)高約束高參數(shù)運(yùn)行同時(shí)避免大幅度邊界局域模的爆發(fā)需要集成考慮。目前east裝置已經(jīng)安裝了源功率高達(dá)12mw的離子回旋波、10mw的低雜波、8mw的中性束和0.5mw的電子回旋加熱系統(tǒng)。高的加熱功率使得east裝置具備并需要探索高約束高參數(shù)運(yùn)行的區(qū)間。發(fā)展上述集成運(yùn)行模式對(duì)于未來(lái)聚變堆以及east裝置在高參數(shù)運(yùn)行條件下，保持等離子體的高約束，同時(shí)保持小的邊界局域模及到達(dá)偏濾器靶板的熱負(fù)荷，避免雜質(zhì)聚芯的發(fā)生，維持等離子體的長(zhǎng)脈沖穩(wěn)態(tài)運(yùn)行，乃至最終聚變能的實(shí)現(xiàn)都具有重要的意義。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種適用聚變堆的穩(wěn)態(tài)高約束高頻小幅度邊界局域模運(yùn)行方法，以同時(shí)滿足east托卡馬克裝置及未來(lái)聚變堆裝置高參數(shù)長(zhǎng)脈沖運(yùn)行的需要。

為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案為：

適用聚變堆的穩(wěn)態(tài)高約束高頻小幅度邊界局域模運(yùn)行方法，其特征在于：在安全因子q95大于6的高安全因子q95條件下，極向比壓大于1.6的高極向比壓條件下，三角度大于0.55的高三角度條件下使聚變堆運(yùn)行在高約束運(yùn)行模式，實(shí)現(xiàn)一種穩(wěn)態(tài)完全非感應(yīng)的芯部高約束兼邊界高頻小幅度邊界局域模的集成運(yùn)行模式。

所述的適用聚變堆的穩(wěn)態(tài)高約束高頻小幅度邊界局域模運(yùn)行方法，其特征在于：能夠在低動(dòng)量注入條件下和低臺(tái)基碰撞率情況下實(shí)現(xiàn)高約束運(yùn)行模式。

所述的適用聚變堆的穩(wěn)態(tài)高約束高頻小幅度邊界局域模運(yùn)行方法，其特征在于：所述高約束運(yùn)行模式對(duì)等離子體具有較高的約束能力，約束改善h98因子可達(dá)1.4。

所述的適用聚變堆的穩(wěn)態(tài)高約束高頻小幅度邊界局域模運(yùn)行方法，其特征在于：所述高約束運(yùn)行模式具有高的等離子體儲(chǔ)能，高的自舉電流份額，低的破裂風(fēng)險(xiǎn)。

所述的適用聚變堆的穩(wěn)態(tài)高約束高頻小幅度邊界局域模運(yùn)行方法，其特征在于：所述高約束運(yùn)行模式具有等離子體邊界高頻小幅度邊界局域模，所述邊界局域模的頻率超過(guò)1khz，偏濾器靶板熱流峰值遠(yuǎn)小于第一類邊界局域模，接近于雜草型邊界局域模。

與已有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果體現(xiàn)在：

本發(fā)明提出了一種新的托卡馬克運(yùn)行模式概念設(shè)計(jì)方案，該設(shè)計(jì)運(yùn)行在優(yōu)化的高內(nèi)感、高安全因子、高極向比壓和高三角度條件下，獲得高等離子體儲(chǔ)能，高約束改善因子和幅度很小、頻率超過(guò)1khz的接近于雜草型的邊界局域模。優(yōu)化的高內(nèi)感條件有助于獲得更好的等離子體芯部約束。高安全因子條件能夠顯著降低等離子體破裂的風(fēng)險(xiǎn)。高極向比壓條件能夠獲得較高的自舉電流份額，有利于等離子體的穩(wěn)態(tài)運(yùn)行。高極向比壓和高三角度條件有助于獲得高頻小幅度的邊界局域模。該設(shè)計(jì)所要求的運(yùn)行模式，可重復(fù)性強(qiáng)，具有良好的魯棒性，可在低臺(tái)基碰撞率和低動(dòng)量注入條件下實(shí)現(xiàn)，與未來(lái)聚變反應(yīng)堆的運(yùn)行區(qū)間相兼容。該運(yùn)行模式伴有的高頻小幅度邊界局域模有助解決第一壁瞬態(tài)熱負(fù)荷問(wèn)題，同時(shí)具有較強(qiáng)的粒子和雜質(zhì)排除能力，避免等離子體芯部的雜質(zhì)累積問(wèn)題。

這種運(yùn)行方法是兼具等離子體芯部的高約束和等離子體邊界高頻小幅度邊界局域模的集成運(yùn)行模式，具有一個(gè)較寬的運(yùn)行參數(shù)窗口，是比較理想的可能應(yīng)用于反應(yīng)堆級(jí)別的運(yùn)行方法。

附圖說(shuō)明

圖1為穩(wěn)態(tài)高約束高頻小幅度邊界局域模運(yùn)行方法的技術(shù)方案示意圖。

圖2為east裝置實(shí)際實(shí)驗(yàn)的放電參數(shù)圖。

圖3為高頻小幅度的邊界局域模參數(shù)圖。

圖4為偏濾器靶板峰值熱負(fù)荷參數(shù)圖。

具體實(shí)施方式

如圖1所示，適用于未來(lái)聚變堆的穩(wěn)態(tài)高約束高頻小幅度邊界局域模運(yùn)行模式，運(yùn)行在優(yōu)化的高內(nèi)感、高邊界安全因子、高極向比壓和高三角度條件下。優(yōu)化的高內(nèi)感條件有助于獲得更好的等離子體芯部約束。高邊界安全因子條件能夠有效降低等離子體破裂的風(fēng)險(xiǎn)。高極向比壓條件能夠獲得高的自舉電流份額。高極向比壓和高三角度條件有助于獲得高頻小幅度的邊界局域模。

如圖2所示，適用于未來(lái)聚變堆的穩(wěn)態(tài)高約束高頻小幅度邊界局域模運(yùn)行模式，在east裝置上的具體實(shí)施，運(yùn)行在高三角度條件下，三角度大于0.55，最高達(dá)0.65。所述高約束運(yùn)行模式運(yùn)行在高極向比壓條件下，極向比壓大于1.6，最高已超過(guò)2。所述高約束運(yùn)行模式運(yùn)行在高邊界安全因子q95條件下，所述邊界安全因子q95大于6。所述高約束運(yùn)行模式運(yùn)行在優(yōu)化的高等離子體內(nèi)感條件下，內(nèi)感為1.1附近。所述高約束運(yùn)行模式對(duì)等離子體具有好的約束能力，約束改善因子h98達(dá)1.4。所述高約束運(yùn)行模式具有高的等離子體儲(chǔ)能，最高儲(chǔ)能超過(guò)210kj。

如圖3、圖4所示，適用于未來(lái)聚變堆的穩(wěn)態(tài)高約束高頻小幅度邊界局域模運(yùn)行模式，具有等離子體邊界高頻小幅度邊界局域模，其頻率超過(guò)1khz，接近于雜草型邊界局域模，所造成的偏濾器靶板熱流峰值小于2mw/m²，這遠(yuǎn)小于east裝置目前的第一類邊界局域模的8mw/m²左右的峰值熱負(fù)荷。

本發(fā)明所提出的穩(wěn)態(tài)高約束高頻小邊界局域模運(yùn)行模式，適用于未來(lái)聚變堆和east托卡馬克裝置，有助于解決等離子體的高約束與邊界局域模兼容的問(wèn)題。同時(shí)，這種運(yùn)行模式對(duì)等離子體具有好的約束能力，有效降低等離子體破裂風(fēng)險(xiǎn)，有利于等離子體穩(wěn)態(tài)運(yùn)行，且與未來(lái)聚變反應(yīng)堆的運(yùn)行區(qū)間相兼容，具有良好的魯棒性和可重復(fù)性，是比較理想的可應(yīng)用于未來(lái)聚變堆的運(yùn)行模式。