Суперкомпьютерная оптимизация современных стеллараторов

• Автор: Исаев, Максим Юрьевич
• Шифр специальности: 01.04.08
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2007
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 218 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ

Список основных обозначений
ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА 1. Суперкомпьютерные расчеты равновесия и устойчивости
плазмы в квазисимметричных стеллараторах
1.1. Равновесие и устойчивость квазисимметричных конфигураций в
параксиальном приближении
1.2. VMEC и TERPSICHORE - численные коды для расчета идеального
МГД равновесия и устойчивости в трехмерных конфигурациях
1.3. Устойчивость плазмы в четырехпериодном стеллараторе с винтовой
квазисимметрией типа Гелиак
1.4. Оптимизация четырехпериодного стелларатора с полоидальной
квазисимметрией
1.5. Оптимизация пятипериодного стелларатора с полоидальной
квазисимметрией
1.6. Краткие результаты главы
ГЛАВА 2. Суперкомпьютерные расчеты равновесия, устойчивости и переносов в плазме стеллараторов с квази-аксиальной симметрией NCSX и CHS-qa
2.1. Оптимизация стелларатора NCSX по переносам и
псевдосимметрия
2.2. Расчеты устойчивости стелларатора NCSX

2.3. Минимизация токов Пфирша-Шлютера в стеллараторе CHS-qa
2.4. Краткие результаты главы
ГЛАВА 3. Суперкомпьютерная оптимизация стеллараторов
Ливень-5 и LHD
3.1. Расчеты равновесия, устойчивости и удержания альфа-частиц в стеллараторе Ливень-5 с обычными винтовыми катушками
3.2. Возможности оптимизации стелларатора Ливень
3.3. Влияние гексапольного и вертикального магнитных полей на удержание альфа-частиц в стеллараторе LHD
3.4. Оптимизация LHD по удержанию альфа-частиц и новый класс квази-омнигенных конфигураций
3.5. Краткие результаты главы
ГЛАВА 4, Суперкомпьютерные расчеты переносов с помощью кодов
VENUS+5f, SPBSC и TERPSICHORE
4.1. VENUS+5f - численный код для расчета неоклассических переносов в трехмерных конфигурациях
4.2. Результаты расчетов неоклассических переносов кодом VENUS+5f в токамаке
4.3. Расчеты бутстрэп-тока в стеллараторе W-7X
4.4. Самосогласованное трехмерное равновесие с бутстрэп током
в пределе Шейнга-Каллена
4.5. Краткие результаты главы
ЗАКЛЮЧЕНИЕ

БЛАГОДАРНОСТИ
ЛИТЕРАТУРА

Расчеты неоклассической диффузии и бутстрэп тока для токамака кодом УЕЫиЗ+бГ приведены в разделе 4.2. Здесь же приводятся сравнения численных расчетов с известными аналитическими результатами, полученными в параксиальном приближении для двух предельных случаев - режима Пфирша-Шлютера и режима банановой диффузии [109]. Приводятся результаты расчетов, показывающих уменьшение флуктуаций стационарного решения с ростом числа частиц, связанных с использованием статистически точного метода Монте-Карло.
Расчеты бутстрэп-тока для стелларатора V-7X приводятся в параграфе 4.3. В случае строящегося стелларатора V-7X проводилось сравнение расчетов, полученных кодом УЕЖ18+5Г, с результатами расчетов кода ВКЕБ [72] и полуаналитическим пределом Шейнга-Каллена [112,113], верным в бесстолкновительном режиме (в пределе редких соударений). Как известно, в данном режиме для бутстрэп-тока стелларатора V-7X существует разница в 2.5 раза между результатами расчетов, полученных кодом БКЕ8 и полуаналитическим пределом [72]. В этом пределе код ПКЕБ имеет очень большую погрешность расчетов или не имеет сходимости. С помощью нового кода УЕЕШБ+бГ численно удалось найти решения в зоне перехода между решениями БКЕ8 и полуаналитическим пределом Шейнга-Каллена.
Расчетам самосогласованного равновесия с бутстрэп-током в токамаке .ГГ-60 [114] и стеллараторах V-7X и ЬНВ посвящен последний параграф диссертации, 4.4. На основе полуаналитического подхода был разработан код БРВЗС [115], позволяющий найти самосогласованное равновесие с бутстрэп-током в пределе редких соударений. Аналогичный подход был использован и проверен для ЬНЕ> и ряда других конфигураций в коде ТЕЕРБЮНОКЕ-ВООТБР [116]. Как показали расчеты, бутстрэп-ток изменяет вращательное преобразование ЬНО и тем самым оказывает влияние на устойчивость плазмы. В отличие от ЬНЕ), стелларатор V-7X имеет малый бутстрэп-ток, однако, в