2020-04-24框架

高再循环对偏滤器等离子体的影响

介绍

• 1. 计算网格与磁场分布
  • 1. fig1展示了模拟的两种磁场位型，分别为SD（standard divertor）和SFD（snowflake divertor），以及根据磁场分布产生的网格。其中抽气口抽气能力为109.92,inter-null距离为xx m
  • 2. 是否展示flux expandsion(f_{exp})和连接长度（L_{C}）
    • 若展示是否只显示separatrix以为的SOL区域？

参数设置

• 1. H-mode，考虑抽气，物理建设和化学溅射
  • fig2展示输运系数变化

实验结果

• 1. 对脱靶的影响
  • 1. 口述结果 or 绘图？
    • 定义靶板温度峰值小于2eV的边界密度为 detachment onset（饱和粒子流反转的点存在明显问题 ———— 反转之后再上升）
    • 发现SFD外靶板在脱靶，SD内外靶板在密度扫描范围内均未脱靶
• 2. 对偏滤器等离子参数的影响
  • 1. SFD显著降低外偏滤器靶板温度（内靶板两种位型温度无明显差别）
  • 2. SFD显著增加外偏滤器区域辐射，在脱靶之前主要的辐射粒子为碳粒子。发生脱靶后由于低温（>2eV），碳辐射效率降低（碳杂质向上游输运，偏滤器碳杂质含量降低），氘辐射占主导
  • 3. SFD显著降低靶板的沉积热流。主要原因包括：
    • SFD在外靶板区域显著的流扩张（separatri位置，SFD流扩张是SD的15倍），显著增加等离子体接触面积。显著降低靶板沉积热流（V.A.Sckhanovskii,等人在NSTX,DIII-D,TCV等装置上已经发现）
    • SFD在外偏滤器有更长的连接长度（separatrix位置，SFD连接长度约为SD的两倍），显著增加辐射。
    • SFD外偏滤器靶板处于低极向场区域，该区域受到压强驱动以及环向曲率弯曲驱动的对流（DD的chorning model），显著增加外偏滤器区域PFR向SOL的输运，这是导致碳杂质向外靶板附近OSP指向far-SOL区域聚集的一个原因
    • DIII-D发现，水平靶板的XD位型会由于低的pitch角导致碳杂质向外靶板区域输运，同时由于non-cornal辐射效应，导致外靶板区域辐射显著增加
      综上所述，SFD外偏滤器显著的流扩张，显著增加等离子体接触面积，是降低靶板沉积热流的主要原因。同时外偏滤器区域有很好的辐射特性（低极向场区域区域增加向外偏滤器的杂质输运，更长的连接长度，non-cornal效应增加输运和碳杂质辐射），导致SFD外偏滤器辐射显著增加，进一步降低外靶板的沉积热流
  • 4. 相比SD，SFD外靶板的沉积粒子流更低（有效降低靶板溅射，有利于芯部杂质约束）

  存在如下问题：
  - [x] 密度扫描和功率扫描均发现，SFD比SD有更大的平行粒子流（，包括中性粒子的贡献）和到达靶板的总粒子流（fnax eirc）
  - [x] 功率扫描未发现SFD比SD有更低的沉积粒子流，而是在低密度是SD的垂直粒子流更低，在高密度时SFD的垂直粒子流更低（无法解释）
  综上所述，需要确定实验结果是展示 靶板的沉积粒子流 or 平行粒子流 or 流到靶板的静粒子流 ？？？？？

结果与讨论（两种位型在（）

• 1. 分析SD和SFD在n_{e,sep}=2.03e19m^{-3}时，温度、辐射、平行粒子流、再循环（brna，再循环粒子源，正值代表电离，负值表示复合，图中的复合区域主要集中在PFR区域，未显示）

发现以下结果：

• SFD外靶板温度显著SD的外靶板。
• SFD外靶板附近存在显著的辐射（定义>10MW.m^{-3}的区域为高辐射区）,而SD除在内外靶板附近外，在内PRF区域也有显著的辐射。对比之下SFD的总辐射更大，且辐射更加集中在外靶板附近（P_div_outer/P_total: 91.77% vs. 86.45%。P_high_power_region/P_total: 86.82% vs. 79.04% )
• SFD的高辐射区域与高平行粒子流区域存在显著的重合，同时发现高辐射区域伴随着显著电离。

综上所述，SFD对比SD辐射值更大，辐射主要集中在偏滤器区域，且主要集中在外靶板的高辐射区。同时发现高辐射区域伴随着限制的粒子电离，这表明SFD辐射与粒子再循环存在某种强关联

• 2. 分析造成SFD外靶板附近高再循环的原因

为解释SFD外靶板区域强烈的粒子再循环，对两种位型的trajectory、D原子、D分支分布进行分析（C原子密度比D原子地两个量级，C原子不是主要的中性辐射源），结果表明：

• 1. 靶板几何结构对中性D的影响。
  • 对比来给你种位型大的外靶板trajectory，发现SFD由于靶板几何结构的影响（水平靶板），发现氘原子在外靶板OSP向far-SOL一侧显著聚集。SD由于是垂直靶板，大量氘原子被反射到抽气口以及PFR，导致SFD外靶板有更高的氘原子密度
  • 同时由于靶板集合结构的影响，SD绝大部分氘分子通过抽气口反射到主等离子体之外。而SFD由于水平靶板的影响，虽然整体的氘分子密度较低，但是在OSP指向far-SOL的氘分子密度显著高于SD。
• 2. 靶板几何结构对碳杂质分布的影响

对两种位型的辐射进行分析发现主要的辐射碳离子为C^{+}~C{3+}(这三种离子的辐射碳总辐射的99.99%)。因此只对低价碳进行分析

• 发现SFD碳辐射主要集中在外靶板附近，而SD的辐射主要集中在PFR区域，不能有效降低靶板温度。
• 对应的碳杂质分布（低价碳）也表明SD碳杂质在PFR区域集中，更加靠近XP，杂质更容易进入芯部。而SFD杂质在外靶板区域聚集，远离XP同时集中在外靶板附近（虽然总的碳粒子数SD大于SFD，但是在外靶板附近SFD碳含量显著高于SD）

综上所述，由于偏滤器集合结构或者是non-conral效应的影响（DIII-D XD）,导致碳杂质在SFD外靶板附近聚集，同时显著增加碳辐射（non-cornal radiation）

• 3. SFD对芯部杂质约束的影响

模拟结果表明，SFD碳杂质在外靶板温度更低，靶板化学溅射更微弱（更低的沉积粒子流和温度）。同时发现碳杂质在外靶板附近聚集，这导致高碳杂质区域，与本征的等离子体之间的摩擦力增大，同时该区域与所受摩擦力与热力的合力之向靶板，从而有效抑制了杂质反流。从而获得很好的杂质屏蔽效果

• fig表示两种位型的Zeff，以及所受合力（主要是摩擦力和热力）和密度扫描的OMP的zeff。

• 结论：
• 1. SFD磁场位型影响
• 外靶板显著的流扩张，更长的连接长度显著降低脱靶阈值
• 低极向场区域对流增加PFR向SOL的输运，部分解释SFD碳在外靶板区域聚集(chornning mode)。
• 2. SFD偏滤器集合位型的影响
• SFD外靶板为水平靶板，外偏滤器区域存在高再循环，导致外偏滤器区域特别是靠近靶板附近发生强烈的电离，导致到靶板的粒子流显著增加。从而辐射更多的能量。
• 同时由于SFD的外靶板处于低极向场区域存在显著的流扩张，到达靶板的沉积粒子流更低，导致溅射的碳含量更低。
• 虽然碳含量更低，但由于SFD水平靶板反射角度的影响（或者non-cornal效应导致的增加碳辐射以及碳杂质向OSP聚集）,导致SFD在外靶板实现碳杂质的局部聚集，同时聚集位置在外靶板，这些因素导致SFD在合适的位置辐射跟多的能量，有效的降低了靶板温度预热流
• 从前文可知，SFD外靶板化学溅射的碳含量更低，且聚集在远离XP的外靶板附近，同时碳杂志聚集抑制了杂质反流。是的SFD获得了更好的杂质屏蔽效果。有效降低了芯部辐射。