Numerical study of effect of plasma rotation and feedback control on resistive wall mode in ITER

Abstract

在托卡马克等离子体中, 电阻壁模是非常重要的磁流体不稳定性, 特征时间在毫秒量级. 对长时间稳态运行下的先进托卡马克, 电阻壁模限制着聚变装置的运行参数空间(放电时间和比压), 影响经济效益, 所以研究电阻壁模稳定性至关重要. 本文使用MARS程序, 针对ITER装置上9 MA先进运行平衡位形, 研究了等离子体旋转和反馈控制对电阻壁模的影响. 结果表明, 在没有反馈控制时, 当比压参数<inline-formula><tex-math id="M1">\begin{document}${C_\beta }$\end{document}</tex-math><alternatives><graphic xmlns:xlink="http://www.w3.org/1999/xlink" xlink:href="4-20201391_M1.jpg"/><graphic xmlns:xlink="http://www.w3.org/1999/xlink" xlink:href="4-20201391_M1.png"/></alternatives></inline-formula>取0.7, 等离子体环向旋转频率达到1.1%的阿尔芬频率时, 可以完全稳定电阻壁模; 在等离子体环向旋转和反馈控制共同作用时, 比压参数<inline-formula><tex-math id="M2">\begin{document}${C_\beta }$\end{document}</tex-math><alternatives><graphic xmlns:xlink="http://www.w3.org/1999/xlink" xlink:href="4-20201391_M2.jpg"/><graphic xmlns:xlink="http://www.w3.org/1999/xlink" xlink:href="4-20201391_M2.png"/></alternatives></inline-formula>取0.7, 反馈增益<inline-formula><tex-math id="M3">\begin{document}$|G|$\end{document}</tex-math><alternatives><graphic xmlns:xlink="http://www.w3.org/1999/xlink" xlink:href="4-20201391_M3.jpg"/><graphic xmlns:xlink="http://www.w3.org/1999/xlink" xlink:href="4-20201391_M3.png"/></alternatives></inline-formula>取0.6时, 稳定电阻壁模所需要的等离子体旋转频率为0.2%的阿尔芬频率. 可见, 单独靠等离子体环向旋转稳定电阻壁模所需的旋转频率较大; 而等离子体环向旋转和反馈控制共同作用可以降低稳定电阻壁模的旋转频率临界值, 符合先进托卡马克的运行. 本文的研究结果对中国聚变工程试验堆CFETR的工程设计和运行具有一定指导意义.