1 / 18

Current ramp-up by LHCD alone and AC operation in HT-7

Current ramp-up by LHCD alone and AC operation in HT-7. 李妙辉，丁伯江， N J Fisch ，秦宏，孔二华，张磊，单家方，刘甫坤 2011.04.20. 实验目的. 由于 LHCD 存在密度极限或者说尚未解决，而其他 RF 波电流驱动效率太低，因此在 ITER 以及反应堆上 AC 运行是一种很好的运行模式。 由于 EAST 上平衡控制线圈和欧姆线圈耦合在一起，很难实现本实验的运行模式，在所长的建议下重新在 HT-7 上做一次。

blade
Download Presentation

Current ramp-up by LHCD alone and AC operation in HT-7

An Image/Link below is provided (as is) to download presentation Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author. Content is provided to you AS IS for your information and personal use only. Download presentation by click this link. While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server. During download, if you can't get a presentation, the file might be deleted by the publisher.

E N D

Presentation Transcript

  1. Current ramp-up by LHCD alone and AC operation in HT-7 李妙辉，丁伯江， N J Fisch，秦宏，孔二华，张磊，单家方，刘甫坤 2011.04.20

  2. 实验目的 • 由于LHCD存在密度极限或者说尚未解决，而其他RF波电流驱动效率太低，因此在ITER以及反应堆上AC运行是一种很好的运行模式。 • 由于EAST上平衡控制线圈和欧姆线圈耦合在一起，很难实现本实验的运行模式，在所长的建议下重新在HT-7上做一次。 • 以往HT-7的ramp-up实验都是在OH和LH的协同作用下开展的，很难分析LH的驱升能力，况且在稳态AC模式下也是没有OH贡献的。

  3. Ramp-up 实验原理 驱升阶段电流随时间的变化： t 为LH加入的时间， I0为LH加入时的电流，Irf为达到稳态时的电流。

  4. 电流驱升阶段( by LH) Tg时间内电流：J0 → JMax PLH转化为极向场能 低密度提高驱动效率，充高Z杂质提高驱升效率 电流弛豫阶段 Tr时间内电流：JMax → J0 消耗极向场能量 低Z延长弛豫时间，高密度高温度发生有效核反应 注：τ～ L/R与密度无关 AC运行模式原理 Tr Tg JMax J0

  5. AC运行模式 在JRF 》J0条件下，一个周期内的平均驱动效率为： τ∝Te3/2/Zi 高Z杂质务必会降低CD效率 通过改变两阶段的特征时间可以提高 因此理论上当Zr=1,最大可以提高6倍的CD效率

  6. 条件：粒子约束时间远小于L/R（能及时改变等离子体参数）条件：粒子约束时间远小于L/R（能及时改变等离子体参数） τP～ s量级， L/R～103s量级（for ITER) ITER AC运行模式 模式Ⅰ Ti=Te～5keV, Ne～e19 Z～several 核反应主要在电流弛豫阶段 模式Ⅱ（热离子模式） 低密度下Ti，Te解耦 Ti=30keV，Te=15keV, 利用alpha粒子与电子作用，更有效地驱动电流 N. J. Fisch, Transformer recharging with alpha channeling in tokamaks, J. Plasma Phys (2010)

  7. τP～ 10ms量级 EAST上次实验在ne=0.5时（Z比较高），L/R～700ms，根据HT-7参数计算得特征时间约为EAST的一半(L∝Rp)，即350ms量级。因此Tg, Tr<350ms,保证在时间尺度Tg,Tr内能有效的充入气体。 根据以往结果驱动效率为η = 0.35 A•W-1•m-2，现有LH能力可以完全驱动100-150KA HT-7参数估算

  8. 驱升速率随IRF增加，但限LH系统能力，实验中应尽量降低I0， I0～60-80kA 此外驱升速率随时间变得平缓，因此Tg应尽量小， Tg～200ms 弛豫时间τr越大，电流衰减越慢，平均效率越高，Tr～ 3-4Tg HT-7参数估算

  9. Ip=200kA; ne~0.2e19; N//0=1.5；R=1.32m,a=0.4m PLH=40kW,全波驱动180kA等离子体电流； ΔI/Δt~125kA/s; L/R~1/3s;（R=9μΩ） ηmax~20%(LH功率为260kW, dW/dt=70kW, Pext=19kW,所以Pel=51kW ) PLT 上电流驱升实验

  10. R=0.64m, a=0.16 ne~1.6e19; Bt=8.2T ΔI/Δt~300kA/s PLH=260kW;dW/dt=60kW; Pext=25kW η~13% Alcator C 上电流驱升实验 PLH Pext dw/dt

  11. 转换效率随LH功率和等离子体密度的变化： 1.功率大于一定值后转换效率基本不变； 2.随密度的升高而降低。 Alcator C 上电流驱升实验

  12. 关断OHM场后电流驱升速率为～18kA/s PLH~900kW;dW/dt~30kW; η~3% 等离子体环电感 L~6e-6H; Rsp~3.6μΩ （Zeff~3) EAST实验结果(2010.05.28)

  13. 3.1s——3.4sPF线圈电流恒定，等离子体电流自由衰减，ΔI/Δt~ -144kA/s,由此估算 L/R~700ms. EAST实验结果(2010.05.28)

  14. 实验结果（2010.10.20） PLH=800kW; VLOOP~0; ne=0.65 没有平稳驱升效果！ 由于当时LH天线的位置R=2.369m, 限制器位置为R=2.340m LH耦合很差，等离子体向外移，耦合变好但杂质辐射太强且有MHD行为。

  15. OH assisted LH ramp-up in HT-7 • N//=2.9; ne_av= 1.5e19; Bt=2.1T • ΔI/Δt~100-130kA/s • PLH=120-500kW; • (ΔI/Δt)max~0.4MA/s with ne0= 1e19,PLH=300kW SHEK Wei-ci et al, Plasma Science & Technology,2003,5:1633

  16. ramp-up with different wave spectrum • Ioh=100kA; ne_av= 1.5e19; Bt=1.84T • ΔI/Δt~100kA/0.5s • PLH=210kW; N//=2.55;2.95,3.55 Different ramp-up rate at different spectrum due to the different current drive efficiency. B J Ding et al, Plasma Phys. Control. Fusion,2007, 49:563

  17. IOH=100kA; 纵场：Bt=2T; N//～1.9-3.1 Plh:0.4, 0.5, 0.6,0.7MW 或者更高 ne:0.5（更低）; 1.0; 1.5 (另外充高Z杂质改变有效Zeff) 所需诊断：RA,Te(r,t),Zeff,Wdia及其他的常规诊断 为了使ramp-up实验顺利进行，LH系统采取先开前级后加高压模式 实验平台及安排 (1)涨功率达到过驱，然后关断OH和LH，seeing how long the current can “coast”，即确定电流弛豫时间τr ~L/R. (2)电流平稳后关断OH后（30-50ms）加LH，实现电流ramp-up，通过充高Z杂质和改变相位角优化驱升速率。 (3)AC运行，ramp-up阶段低密度充高Z杂质，ramp-down阶段提升密度（一个周期或者两个周期） (4）热离子模式下AC运行，ICRF加热少数粒子 问题：1.关断OH场后能实现稳定的放电；2.加入LH后应确保密度不受影响（密度高时加入LH后变化不大，但密度小时加LH有影响）；3.确保在时间尺度τg能有效的充入杂质和提高密度。

  18. 谢谢各位！

More Related