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EAST团队在破裂物理研究方面取得系列进展
文章来源: 唐天、郭笔豪 图:陈大龙、胡文慧 发布时间: 2021-06-04

  近日,中科院合肥研究院等离子体所EAST团队的等离子体破裂物理课题组在破裂物理、逃逸电子和破裂预测等方面取得了一系列新进展,研究成果在Nuclear Fusion和Plasma Phys. Control. Fusion等核聚变领域权威期刊上发表。相关研究工作主要由曾龙,陈大龙,胡文慧,唐天,郭笔豪和朱翔等人完成。

  托卡马克等离子体在破裂时,能量在极短的时间内沉积到装置第一壁材料,会直接导致材料损伤,影响装置运行安全。在ITER和CFETR等装置上,由于高储能和大电流等因素,破裂造成的损伤更加严重,破裂期间形成于等离子体表面的晕电流会直接威胁内部部件安全。利用偏滤器部件的电流传感器,课题组详细研究了类ITER钨铜偏滤器和石墨偏滤器晕电流结构特征,指出了垂直位移深度是决定靶板晕电流份额的最主要原因,得到了类ITER偏滤器晕电流实验定标关系(图1),为未来偏滤器设计提供了可靠的实验支撑。

  在逃逸电子方面,课题组系统研究了EAST装置破裂期间逃逸电子的产生和损失过程(图2),指出了低杂波共振加热产生的超热电子对逃逸种子的贡献,分析了磁流体不稳定性等对逃逸电子损失的影响。在放电平台期间发现了两种逃逸电子产生机制的分叉现象,直接证实了理论预测的逃逸电子产生存在两个阈值电场,即Dreicer电场和雪崩效应阈值电场,深化了对雪崩效应的认识。

  由于破裂原因复杂且发展速度太快,利用传统算法或者单一神经网络算法,很难实现高准确率的破裂预测。课题组基于大数据处理,提出一种深度机器学习的算法,预测模型能实现超过85%的破裂,平均提前预警时间大于50毫秒。模型能兼顾常规的几种破裂放电识别。同时,课题组在 EAST 控制系统 PCS 上建立了基于随机森林模型的高密度破裂预测模块 (DPRF),并成功开展了演示实验(图3):DPRF以PCS 提供的实时信号作为输入计算破裂概率,并将计算的破裂概率传递给警报系统,当破裂概率达到设定的阈值且持续超过 10 ms 的时候,警报系统就给 MGI 系统发出信号,再由 MGI 系统往等离子体中充入杂质气体,有效缓解破裂对装置的损伤。

  以上研究成果得益于等离子体所EAST大科学装置团队成员间的共同协作,相关工作得到了国家重点研发专项、中国科学院青年创新促进会、国家自然科学基金等项目的资助。

  论文链接:

  1. http://486.98sbvip.com/10.1088/1741-4326/abf74d 

  2. http://www.672.msc287.com/10.1088/1741-4326/abf62f 

  3. http://www.98sbvip.com/684/10.1088/1741-4326/ab96f3 

  4. http://486.98sbvip.com/10.1088/1361-6587/aba366 

  5. http://www.98sbvip.com/132/10.1088/1361-6587/abcbab 

 

  1:晕电流与环向不对称因子 

 

  2:EAST破裂期间逃逸电子行为 

 

  3:EAST装置包含实时高密度破裂预测模块和MGI 的破裂防护闭环控制系统 

 附件:

   
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