中性束注入托卡马克中产生的快离子自举电流

核聚变与等离子体物理 ›› 2009, Vol. 29 ›› Issue (1): 16-22.

中性束注入托卡马克中产生的快离子自举电流

黄千红，龚学余，谢安平，刘柏青

(南华大学数理学院，衡阳 421001)

收稿日期:2008-03-05 修回日期:2008-09-10 出版日期:2009-03-15 发布日期:2010-05-24
作者简介:黄千红(1977-)，男，湖南湘潭人，南华大学数理学院。
基金资助:
国家自然科学基金资助项目(10775066)

Fast ion bootstrap current produced by neutral beam injection in tokamaks

HUANG Qian-hong,GONG Xue-yu,XIE An-ping,LIU Bai-qing

(School of Mathematics and Physics, University of South China, Hengyang 421001)

Received:2008-03-05 Revised:2008-09-10 Online:2009-03-15 Published:2010-05-24

摘要/Abstract

摘要： 研究了在托卡马克装置中中性束注入时快离子自举电流的产生。利用快离子分布函数在两小增量δ=ρ_p/a (ρ_p是极向拉莫尔半径，a是小半径)和δ^*=τ_B/τ_s(τ_B是俘获粒子反弹周期，τ_s是慢化时间)下进行展开的方法求解漂移动力学方程；给出了快离子自举电流的一般表达式。计算了圆截面大纵横比托卡马克中快离子自举电流密度分布和总的快离子自举电流的大小，研究表明：在中性束垂直注入时快离子自举电流约占总电流10%；自举电流的大小既敏感地依赖于中性束注入的角度——平行注入时较小、接近垂直时迅速增大，同时也较强的依赖于快离子的产生速度与临界速度的比值，即v_b/v_c，而v_b²∝E(束能量)；自举电流的大小随注入束能量的增加而迅速增大。

关键词: 自举电流, 中性束注入

Abstract: To investigate the bootstrap current due to fast ions produced by neutral beam injection into tokamak, a drift kinetic equation is established and solved by doubly expanding the fast ion distribution function in two small parameters δ=ρ_p/a (ρ_p is poloidal Larmor radius， a is the minor radius) and δ^*=τ_B/τ_s(τ_B is bounce period of trapped fast-ion，τ_s is the slowing down time), then the expression for bootstrap current is derived,and the bootstrap current density and total bootstrap current are obtained numerically in a large aspect ratio tokamak with circular cross section. The results show that the bootstrap current depends strongly on both injection angle and the ratio of v_b/v_c(v_b is birth velocity and v_b²∝E(beam energy),v_cis critical velocity), the ratio of the bootstrap current to the total current is about 10% in the perpendicular injection and is small in the parallel injection, the bootstrap current rapidly increases when the injection-angle reaches perpendicular and the beam energy increases.

Key words: Bootstrap current, Neutral beam injection

中图分类号:

TL631

黄千红, 龚学余, 谢安平, 刘柏青. 中性束注入托卡马克中产生的快离子自举电流[J]. 核聚变与等离子体物理, 2009, 29(1): 16-22.

HUANG Qian-hong,GONG Xue-yu,XIE An-ping,LIU Bo-qing. Fast ion bootstrap current produced by neutral beam injection in tokamaks[J]. NUCLEAR FUSION AND PLASMA PHYSICS, 2009, 29(1): 16-22.

[1]	班挺, 吴斌, 赵远哲, 崔庆龙, 谢亚红, 王泽 . 负离子源中性束注入系统打火瞬间关键信号高速数据采集系统设计[J]. 核工业西南物理研究院, 2024, 44(4): 423-428.
[2]	夏文颖, 杨雷, 胡纯栋, 郭斌, 朱黎黎, 李炜葆 . CRAFT NNBI 束源高温冷却水系统设计与分析[J]. 核工业西南物理研究院, 2024, 44(3): 297-303.
[3]	丁健, 李逸斌, 蒋才超, 宋士花, 刘胜, 段练, 徐康幸, 刘智民, 谢远来. 负离子源中性束注入器智慧能源管理系统设计[J]. 核工业西南物理研究院, 2024, 44(1): 30-35.
[4]	杨明, 张新军, 李新霞, 吕波, 古敬仁. EAST低杂波加热对同向切向中性束碰撞力矩影响的研究[J]. 核工业西南物理研究院, 2024, 44(1): 92-97.
[5]	谢亚红, 谢俊炜, 韦江龙, 顾玉明, 蒋才超, 潘军军, 许永建, 谢远来, 胡纯栋. 大面积负离子束源磁过滤器的设计及实验研究 [J]. 核工业西南物理研究院, 2023, 43(4): 407-411.
[6]	於子辰, 陈玉庆, 许永建, 陈丽萍, 刘晓雪, 吴征威, 毛文哲 . 基于二次电子发射的中性束剖面诊断系统设计 [J]. 核工业西南物理研究院, 2023, 43(4): 457-461.
[7]	杨文军, 龚学余, 高翔, 李小娥 . CFETR 上高能量粒子输运初步模拟研究[J]. 核聚变与等离子体物理, 2023, 43(2): 232-237.
[8]	潘军军, 刘智民, 蒋才超, 刘胜, 陈世勇, 胡纯栋. 强流离子源灯丝电源设计与分析[J]. 核聚变与等离子体物理, 2023, 43(1): 50-54.
[9]	胡纯栋, 梁立振, 谢远来, 谢亚红, 韦江龙, 顾玉明, 蒋才超, 许永建, 赵远哲, 陈玉庆 . CFETR 中性束注入系统概念设计[J]. 核聚变与等离子体物理, 2022, 42(4): 388-392.
[10]	陆野, 杨锦宏, 桂腾, 任珍珍, 刘胜, 宁洪伟, 徐敬坤, 宋强, 邓海飞, 汪卫华. CFETR电流爬升阶段中性束注入伏秒数分析[J]. 核聚变与等离子体物理, 2022, 42(3): 354-360.
[11]	谢亚红, 胡纯栋, 韦江龙, 顾玉明, 王圻, 梁立振, 蒋才超, 许永建, 谢远来, 赵远哲 . CFETR 中性束注入系统负离子束源概念设计 [J]. 核聚变与等离子体物理, 2021, 41(4): 628-634.
[12]	李松平1，龚学余1, 2，阳璞琼*1，余珮炫3，罗怀宇3. 兆瓦级NBI加热系统弧流电源故障诊断方法探究[J]. 核聚变与等离子体物理, 2020, 40(2): 174-181.
[13]	罗怀宇，曹建勇，耿少飞，魏会领，刘鹤. HL-2M中性束负离子试验源磁场位形及引出结构模拟分析[J]. 核聚变与等离子体物理, 2018, 2(3): 281-286.
[14]	周博文1，邹桂清2，曹建勇2，魏会领2，刘鹤2，周红霞2，何峰2，杨宪福2，罗怀宇2，潘春花2. HL-2M装置中性束离子源束光学红外成像实验研究[J]. 核聚变与等离子体物理, 2018, 2(1): 42-47.
[15]	何峰，曹建勇，魏会领，刘鹤，杨宪福，李佳鲜，宋显明. HL-2M装置周边磁场分布及NBI束线磁屏蔽分析[J]. 核聚变与等离子体物理, 2017, 37(4): 385-391.