EAST上由垂直不稳定性引发破裂的分析与预测

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中国是能源消耗的大国,以化石燃料为主的能源结构已经不能满足日益增长的能源需求,因此必须发展新的能源。聚变能是人类解决能源问题最有希望的途径之一,磁约束核聚变则是实现可控核聚变的重要手段。人们认为托卡马克是发展磁约束聚变最有潜力的装置。各个国家在发展自己的托卡马克装置的同时也相互合作,比如国际热核实验堆ITER计划。  聚变燃料在托卡马克中以等离子体的状态运行。托卡马克在运行中受到等离子体运行极限(如电流极限、密度极限和比压极限),MHD不稳定性等因素的影响,会导致等离子体发生破裂。破裂发生时产生的热沉积、电磁应力以及逃逸电子会对托卡马克装置造成一定的破坏,影响装置的寿命。等离子体破裂是目前托卡马克装置运行中不可避免的事件。因此需要发展破裂预测研究,提前采取措施减小破裂带来的危害。  EAST是世界上第一个全超导托卡马克装置,它对ITER未来的运行有着十分重要的参考意义。本文从EAST托卡马克2016年的放电实验中,选取了其中119炮破裂放电数据,分析诱发破裂的原因,发现约60%的破裂是由垂直不稳定性直接引起的,其破裂后将会产生更大的晕电流,从而产生更大的电磁应力损坏装置。本文仔细研究了由于垂直不稳定性引起的破裂(下面简称为VID)(72炮)的原因,以便解释其基本演化过程。进一步建立了分别基于单变量(垂直位移)和两维变量(垂直位移、垂直位移增长率)的预测模型用于VID预测。离线测试表明,基于二维变量的预测模型可以对平稳放电,在破裂发生前20ms给出破裂预警信号,预测成功率达93%。  这些预测模型将在EAST上进一步进行实时测试,为EAST运行提供一定的指导,也对ITER未来的运行具有一定的参考意义。
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