Моделирование взаимодействия пеллетов и сверхзвуковых газовых струй с плазмой токамака

• Автор: Сениченков, Илья Юрьевич
• Шифр специальности: 01.04.08
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2006
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 166 с. : ил.

1 Обзор литературы

1.1 Применение пеллетов в экспериментах по УТС

1.2 Экспериментальные наблюдения пеллет-инжекции

1.3 Модели испарения пеллетов

1.3.1 Водородные пеллеты

1.3.2 Примесные пеллеты

1.3.3 Диагностические приложения пеллет-инжекции

1 4 Дрейф испарившегося материала в неоднородном магнитном поле

1.5 Инжекция сверхзвуковых газовых струй в токамак

1 6 Выводы из обзора литературы и постановка задачи

2 Численное моделирование скорости испарения пеллета

2.1 Численный код LLP
2.1.1 Физическая модель
2.1.2 Система уравнений, используемая в численном коде LLP
2.2 Моделирование скорости испарения водородных пеллетов на токамаке ASDEXUpgrade с помощью численного кода LLP
2.3 Расчетная зависимость (скейлинг) скорости испарения от параметров фоновой
плазмы и пеллета
2.4 Анализ параметров окружающего пеллет облака
2.4.1 Нейтральное облако
2.4.2 Плазменное облако
2.4.3 О влиянии электростатического экранирования
2 4 4 Реактивное ускорение пеллета
2.5 Моделирование испарения углеродных пеллетов на стеллараторе W7-AS и расчет параметров облака с учетом эффектов оптической толщины с помощью численного кода LLP
2.5.1 Расчеты скорости испарения
2.5.2 Влияние эффектов оптической толщины на ионизацию и излучение в
углеродном облаке
2.5.3 Результаты расчетов с учетом эффектов оптической толщины

2 6 Выводы к главе
3 Эволюция испарившегося материала в токамаке
3.1 Физическая картина формирования электрического поля в окружающем пеллет облаке и дрейф плазмы в направлении внешнего обвода
3 2 Двумерная модель динамики окружающего пеллет облака
3.2.1 Система уравнений
3.2.2 Результаты расчетов
3.3 Обобщение уравнений для электрического поля в геометрии стелларатора
3.4 Сравнение с экспериментами и анализ полученных результатов
3 5 Выводы к главе
4 Моделирование эволюции окружающего пеллет облака в неоднородном магнитном поле с помощью численного кода LLPD
4.1 Описание численного koa»LLPD
4.2 Моделирование инжекции пеллета со стороны слабого магнитного поля и исследование влияния дрейфа на скорость испарения и продольный размер облака
4.3 Моделирование эволюции окружающего пеллет облака
4.3.1 Расчет скорости испарения и исследование влияния на нее эффекта предохлаждения
4 3.2 Расчет параметров дрейфующего облака
4.4 Выводы к главе
5 Проникновение сверхзвуковых газовых струй в токамак
5.1 Нагрев и расширение струи вдоль магнитного поля
5.1.1 Динамика облака
5.1.2 Баланс энергии и излучение струи
5.1.3 Результаты расчетов
5.2 Физика поперечного расширения облака частично ионизованной плазмы в токамаке
5.2.1 Удержание облака частично ионизованной плазмы магнитным полем
5.2.2 Результаты расчетов
5.3 Формирование электрического поля и движение струи в радиальном направлении поперек магнитного поля
5.4 Моделирование нагрева и расширения струи с помощью численного кода LLPJ
5.5 Моделирование проникновения струи в экспериментах
5.5.1 Управление выключением разряда с помощью сверхзвуковых струй высокого давления на токамаке DIII-D
5.5.2 Управление неустойчивостями ELM с помощью сверхзвуковых струй на
токамаке ASDEX-Upgrade
5.5.3 Ввод топлива в токамаки Tore Supra, НТ-7 и HL-1M

5.5.4 Инжекция струи газа с помощью плазменной пушки на токамаке Глобус-М
5.5.5 Моделирование выключения разряда с помощью сверхзвуковых струй высокого давления в реакторе ИТЭР
5.6 Обсуждение результатов главы
5.7 Выводы к главе 5 t
Заключение
А Скорости ионизации и рекомбинации и мощность излучения примесей в оптически толстой плазме
Список публикаций
Литература

Следуя предположению, что локальное значение скорости испарения определяется локальными значениями размера пеллета и параметров фоновой плазмы, получим, что формула (2.19) верна и для локальной скорости испарения:
N = 0 59-TbM-n°J15 г'32 V°p/Fc (2.20)

Отсюда для скорости уменьшения радиуса пеллета имеем
= 2 31 103 Т^м n°b.rf6* V°ll5/Fc (2.21)
В формулах (2.20) и (2.21) температура Tbg в кэВ, плотность nbg в единицах 1019 м~3, радиус пеллета в мм, скорость пеллета в км/с, скорость испарения в единицах 1024 с-1.
Кривые испарения, рассчитанные с помощью скейлинга 2.20 для реальных условий инжек-ции пеллета на токамаке ASDEX-Upgrade, показаны на рисунке 2.11. Видно, что полученные глубины проникновения удовлетворительно согласуются с экспериментальными.
Показатели степеней в полученных скейлингах удовлетворительно совпадают с результатами МНЭ (1.3) и НПМЭ (1.9), которые неплохо описывают эксперименты по пеллет-инжекции на многих токамаках(см. [62]) Таким образом можно заключить, что и скейлинги 2 18 и 2.20 также описывают экспериментальные глубины проникновения и скорости испарения пеллетов.
Совпадение с МНЭ является интересным и на первый взгляд неожиданным результатом, поскольку МНЭ совсем не учитывает влияние плазменного облака, а в коде LLP, наоборот, плазменное облако рассмотрено более аккуратно, чем нейтральное. Поэтому совпадение скей-лингов (1.9) и (2 21) со скейлингом МНЭ (1.3) требует объяснения. Этому вопросу посвящен следующий раздел.
я (ш)
Рис. 2.11: Кривые испарения пеллетов, рассчитанные с помощью скейлинга (2 20) Стрелками показаны экспериментальные глубины проникновения (см. таблицу 2 8)