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申请/专利权人：西南交通大学

摘要：本发明提供了准环对称仿星器磁岛偏滤器位形下优化热沉积方法及系统，涉及磁约束核聚变装置偏滤器技术领域，包括输出对应等离子体比压值下的三维平衡磁场分布；分析自举电流的规模和分布情况，计算不同密度部面所对应的的三维磁流体动力学的第一平衡状态情况；构建准环对称仿星器磁岛偏滤器位形，计算边界参数以获得所对应的三维磁流体动力学的第二平衡状态情况；通过对第二平衡状态情况进行分析得到第二平衡状态情况所对应的第二特征情况；优化准环对称仿星器磁岛偏滤器位形下的器壁热沉积分布。本发明模拟准环对称仿星器磁岛偏滤器位形下不同等离子体比压值所对应的边界等离子体输运，以系统性的方法优化准环对称仿星器偏滤器位形。

主权项：1.准环对称仿星器磁岛偏滤器位形下优化热沉积方法，其特征在于，包括：通过配置准环对称仿星器的基本参数信息，实现磁岛偏滤器位形的磁场分布函数构建，并迭代求解等离子体压强与磁场分布，直至磁场分布和等离子体压强达到力学平衡并稳定，从而输出对应等离子体比压值下的三维平衡磁场分布，其中基本参数信息包括非平面模块化线圈、环向场线圈以及极向场线圈的电流设置；基于三维平衡磁场分布，针对不同等离子体比压值，分析自举电流的规模和分布情况，并计算不同密度部面所对应的的三维磁流体动力学的第一平衡状态情况；通过对第一平衡状态情况进行分析得到第一平衡状态情况所对应的第一特征情况，并筛选出最优密度剖面，其中第一特征情况包括庞加莱图、二维平面网格、连接长度以及等离子体压强分布情况；利用最优密度剖面的三维平衡磁场，通过二维平面网格的磁力线追踪生成三维网格，构建准环对称仿星器磁岛偏滤器位形，并计算边界参数以获得所对应的三维磁流体动力学的第二平衡状态情况；通过对第二平衡状态情况进行分析得到第二平衡状态情况所对应的第二特征情况，其中第二特征情况包括等离子体密度和温度分布、粒子流以及热流的分布情况；根据第二特征情况，选择具有最低热负荷峰值的等离子体比压和密度参数，以优化准环对称仿星器磁岛偏滤器位形下的器壁热沉积分布；所述针对不同等离子体比压值，分析自举电流的规模和分布情况，其计算公式如下： ，式中，为自举电流的环向平均值，Gbs为求解得到与装置几何位形相关的参数，L31为捕获粒子和通行粒子比值，为捕获电子和通行电子比值，为捕获离子与通行离子的比值，ne和ni分别为等离子体电子密度与离子密度，为等离子体压强，Te和Ti分别为电子温度和离子温度，a1和a2均为常数，为压强的梯度，为电子温度梯度，为离子温度梯度，假设通行粒子占主导时，表示捕获粒子和通行粒子的比值，为粒子密度梯度，n为粒子密度，和分别表示离子温度梯度和电子温度梯度，T为粒子温度；所述利用最优密度剖面的三维平衡磁场，通过二维平面网格的磁力线追踪生成三维网格，构建准环对称仿星器磁岛偏滤器位形，并计算边界参数以获得所对应的三维磁流体动力学的第二平衡状态情况，其中包括：根据最优密度剖面所对应的三维平衡磁场数据，经过磁流体力学平衡方程的处理，得到初始的三维磁场分布；基于三维磁场分布，通过磁力线追踪数值方法，经过路径积分和映射处理，得到用于构建准环对称仿星器磁岛偏滤器位形的三维网格；利用三维磁流体动力学法对三维网格和获得的边界参数进行求解，得到所对应的三维磁流体动力学的第二平衡状态情况；所述第二平衡状态情况的计算公式如下： 其中，（1）式中为哈密顿算子，Sp表示通过电离、复合、外部注入手段导致源的变化，ni为离子密度，为平行磁力线方向的离子速度，为平行磁力线方向矢量，其中代表垂直异常扩散系数，是垂直于磁力线平面内基矢的并矢，为离子密度梯度；其中，（2）式中为哈密顿算子，mi为离子质量，ni为离子密度，为平行磁力线方向的离子速度平方，为平行磁力线方向矢量，为垂直异常粘滞，为平行磁力线方向的离子速度梯度，是垂直于磁力线平面内基矢的并矢，代表垂直异常扩散系数，中“”为梯度算符，为平行磁力线方向的离子速度，为等离子体压强梯度，Sm表示电离或者与中性粒子电荷交换导致动量变化的源；其中，（3）式和（4）式中，为哈密顿算子，代表垂直异常扩散系数，是垂直于磁力线平面内基矢的并矢，为平行磁力线方向矢量，ke和ki分别为电子异常垂直输运系数和离子异常垂直输运系数，和分别为电子垂直输运扩散系数和离子垂直输运扩散系数，Te和Ti分别为电子温度和离子温度，ne和ni分别为电子密度和离子密度，和分别为电子密度梯度和离子密度梯度，和分别为电子温度梯度和离子温度梯度，me和mi分别为电子质量和离子质量，为电子和离子的碰撞特征时长，See和Sei分别为与中性粒子相互作用导致的电子和离子能量源的变化，为由杂质粒子电离或者激发引起能量源的变化，为平行磁力线方向的离子速度。

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