[发明专利]一种等离子体中具有刮削层特性的偏滤器平衡位形的模拟方法

权利要求书

1.一种等离子体中具有刮削层特性的偏滤器平衡位形的模拟方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)依据被模拟的托卡马克核聚变装置建立物理模型，所述物理模型中模拟区域至少包含等离子体区域、偏滤器线圈区域以及真空区域；

(2)初始化模拟区域的初始磁通量，等离子体区域和偏滤器线圈区域的电流方向，并根据模拟参数要求和径向力学平衡方程构造初始平衡输入参数，包括：

(a)确定模拟参数要求，该模拟参数要求包括磁场、电流、安全因子和压强；(b)初始等离子体区域的环向电流，以使调节电流的大小和与形状来满足模拟参数要求；(c)构造压强梯度为压力对磁通量的导数方程，并对磁通量积分得到初始压强，等离子体区域的压强分布需要满足以下条件：等离子体区域的边界压强为0，等离子体区域的芯部和边界的压强梯度为0；(d)根据初始等离子体区域的环向电流、初始压强和压强梯度，根据公式(1)计算极向电流通量以及导数；

其中，j_φ为等离子体区域的环向电流，p'为压强梯度，F和F'为极向电流通量以及导数，R为模拟区域坐标；

(3)依据当前磁通量和平衡输入参数中的压强和极向电流通量，依据公式(1)计算等离子体区域的环向电流，将等离子体区域的环向电流分布与偏滤器线圈的电流比值，作为偏滤器线圈区域的环向电流分布，依据等离子体区域的环向电流分布和偏滤器线圈区域的环向电流分布，采用强隐士格式迭代法数值对公式(2)所示的固定边界Grad-Shafranov方程进行求解以获得等离子体区域的磁通量：

其中，J_φ表示环向电流分布，同时包括等离子体区域的环向电流分布和偏滤器线圈区域的环向电流分布，ψ表示磁通量，R表示模拟区域坐标，表示求导符号；

(4)迭代执行步骤(3)以更新模拟区域的磁通量，迭代结束后，以模拟区域的当前磁通量作为偏滤器平衡位形；

(5)根据偏滤器平衡位形的磁面结构，将偏滤器线圈最近的交叉点对应的磁通等高线作为等离子区域边界，该等离子区域边界随交叉点的变化而变化，形成等离子体的自由边界，该自由边界与计算边界分开，邻接等离子区域边界且向外的区间层作为刮削层；

(6)依据等离子区域的自由边界计算等离子体中心的位置，依此中心来检测等离子体是否处于正确位置。

2.如权利要求1所述的等离子体中具有刮削层特性的偏滤器平衡位形的模拟方法，其特征在于，初始化时，设置偏滤器线圈区域中处于中心位的偏滤器线圈的电流方向与等离子区域的电流方向相同，其他偏滤器线圈的电流方向与等离子区域的电流方向相反。