EAST 位形反演及 EFIT 程序

ASIPP

二〇〇六 年 八 月

黄 勤 超

位形相关的问题 ASIPP

非圆截面等离子体位形怎么描述？

等离子体放电位形怎么识别的？

等离子体边界如何确定？

EFIT 程序是怎样进行等离子体放电位形反演的？

极向场线圈电流的调节对等离子体位形变化的影响 ?

ASIPP等离子体位形的重要特征

是否存在 X 点以及它的数量和位置

最后一个闭合磁通面和限制器之间的距离

拉长比

三角形变

大半径

小半径

偏滤器靶板上的撞击点

非圆截面等离子体位形的描述 ASIPP

2maxmin rr

rout

2

maxmin rrout

zzz

2minmax rr

a

a

zze outu

max

a

zze outd

min

a

rr zoutu

max

a

rr zoutd

min

•小半径a

•中心坐标（ rout,zout ）

•拉长比 e

•三角形变 δ

几个中心坐标的区别 ASIPP

•纵场值为 3.5T 的位置： R0=1.7m•等离子体位形中心坐标位置： Rout,Zout

•等离子体电流中心坐标位置： Rcurr,Zcurr•等离子体磁轴坐标位置： Rmaxis,Zmaxis

EAST 放电中几种可能的典型等离子体位形 ASIPP

限制器位形

下单零位形

双零位形

近双零位形

限制器位形 ASIPP

下单零位形 ASIPP

双零位形 ASIPP

近双零位形 ASIPP

EFIT 算法背景及物理模型 ASIPP

EAST 等离子体平衡位形计算的程序代码采用的是经过移植和改造的 EFIT （原美国 GA 公司开发的平衡计算代码 EFIT ）。

基于轴对称条件下的等离子体平衡方程－－ Grad-Shafranov 平衡方程

EAST 装置互感系数的计算 ASIPP

源点 场点 互感系数名称

极向场线圈

真空室区域 gridfc(nwnh,nfcoil)

磁通探圈 rsilfc(nsilop,nfcoil)

磁探针 rmp2fc(magpr2,nfcoil)

源点 场点 互感系数名称

等离子体

真空室区域 gridpc(nwnh,nw)

磁通探圈 rsilpc(nsilop,nwnh)

磁探针 rmp2pc(magpr2,nwnh)

极向场线圈为源点的互感系数计算

等离子体为源点的互感系数计算

如何根据电磁测量值来反演等离子体位形 ASIPP

ii

ci

mmm IXXGdJXXGX ),()(),()(

•已知：磁通探圈和磁探针测量得到的磁通和磁场值和极向场线圈电流值以及互感系数。•待求量：等离子体电流分布

cp

•根据等离子体电流分布，计算得到包含真空室区域的任意位置处的极向磁通值

•最后，进行等离子体位形识别

寻找等离子体边界的过程演示

ASIPP

等离子体边界就是等离子体截面中最后一层与限制器不相交的闭合等磁通面。

ASIPP等离子体边界分离线、 X 点和磁轴的确

定

在计算网格区域中找出所有 的点，去掉等离子体边界点后的剩余点就构成了等离子体边界分离线。

b

等离子体边界上是否存在 X点 ( 的点 )，是判断限制器位形和偏滤器位形的重要依据。

0pB

22 )()(1

ZRRBp

22

2

2

2

2

)(ZRZR

RZZZRRe

2

22

ZRRZRZ e

2

22

epp RRR

epp ZZZ

同样在计算网格区域中找出极向磁通值最大的点即磁轴。

极向场线圈电流对等离子体成形的影响 (1)

ASIPP

•因为位于中心螺管的 PF1 、 PF3 和 PF5线圈主要起加热场的作用，在一般情况下很少对其进行调节。•一般来说， PF7 和 PF9 线圈的电流与等离子体电流同向，增加它的值可以使等离子体拉长；•PF11 与 PF13 线圈的电流与等离子体电流反向，增加 PF11 线圈的电流可以使三角形变增大。而增大 PF13 线圈的电流可以使等离子体柱向中心螺管方向移动。•当然，平衡位形的最终形成是等离子体与所有极向场线圈电流共同作用的结果。也就是说，单一改变某组极向场线圈中的电流对等离子体平衡位形产生上述主要影响的同时，也会产生其它的连带作用。通过大量的平衡计算验证了这一观点。

极向场线圈电流对等离子体成形的影响 (2)

ASIPP

•PF7 和 PF9 线圈电流的改变对拉长比影响较大，同时我们在调节其电流时还发现该组线圈电流的增加也会使等离子体的内侧位置外移。•增加 PF11 线圈的电流可以加大三角形变，同时由于 PF11 线圈电流对外侧区域磁场的影响比对内侧区域磁场影响强，导致磁面外侧向中心压缩，从而减小等离子体的小半径。•由于 PF13 线圈的垂直场作用较为明显，因此，增加 PF13 线圈电流可以使等离子体向内侧移动，同时，由于挤压作用相应地拉长比也会增加。•因而要想获得理想的偏滤器平衡位形对极向场线圈电流的调节极为关键。

EAST 位形演化过程演示 ASIPP

EFIT 平衡位形计算流程图 ASIPP

是

否

开始

计算等离子体网格点电流

计算极向场线圈电流

求解平衡方程，计算网格区域的极向磁通值

计算确定等离子体边界和磁轴位置及磁通值

判断迭代前后计算的极向磁通值是否满足给定收

敛条件

结束

EFIT 位形计算结果（ 1 ） ASIPP

EFIT 位形计算结果（ 2 ） ASIPP

EFIT 位形计算结果（ 3 ） ASIPP

汇报结束谢谢！

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