EAST在动量输运数值模拟研究方面取得新进展

近日，等离子体所EAST团队主动束光谱诊断课题组在等离子体旋转理论模拟研究方面取得新进展，相关研究成果发表于国际知名学术期刊Computer Physics Communications上。  

等离子体旋转是影响聚变实验的重要参数之一，主要体现在等离子体旋转及其剪切能否有效控制MHD不稳定性、抑制湍流的增长，与L-H转换、输运垒的形成、轻重杂质输运等过程密切相关。能否实现等离子体旋转速度的预测与控制一直是未来聚变装置稳定高参数运行所面临的重要问题之一。 

TransROTA是一款基于Stacey-Sigmar模型数值求解角动量平衡的程序，能够在保留了密度、速度、电势分布的一阶极向不对称性前提下，在真实的D形磁面几何位形下计算角动量守恒中的所有新经典项的贡献。TransROTA在Cheonho Bae博士2013年发表的程序GTROTA的基础上[Comp. Phys. Comm. 184 (2013) 2571-2587]，取得了多项研究进展，主要包括：1.对不同离子组分的计算从GTROTA的两种扩展到5种，为研究杂质离子与主离子在输运行为上的不同提供了可能性；2.TransROTA在计算中使用了局部优化的连续过松弛方法(SOR)，解决了GTROTA在理论计算过程中遇到的数值稳定性问题，提高了计算结果的可靠性；3.TransROTA除了可以计算所有新经典效应对旋转速度的贡献外，还可以额外使用新经典环向粘滞、残余应力等力矩密度分布作输入量，进一步验证实验结果。该程序的研发为团队进一步开展理论、模拟研究奠定基础。　　

等离子体所访问学者Cheonho Bae博士为论文第一作者，通讯作者为吕波研究员，等离子体所是第一完成单位。上述研究工作获得了国家重点研发计划项目、中国科学院国际交流计划以及国家磁约束核聚变能发展研究专项项目的资助和支持。  

论文链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0010465523003375 

 
图1: TransROTA计算的角动量守恒中不同项的分布比较

  
　　图2：不同离子组分的环向、极向、径向旋转速度剖面比较

  
　　图3：在包含了一阶极向不对称性的情况下，TransROTA计算的电子密度、电势、径向电场分布