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龙永兴 董家齐 焦一鸣 石秉仁 王爱科 张锦华 郦文忠 （核工业西南物理研究院） # 国家自然科学重点基金（10135020）支持

相对论 Fokker-Plank 程序包 的开发与 应用 #. 龙永兴 董家齐 焦一鸣 石秉仁 王爱科 张锦华 郦文忠 （核工业西南物理研究院） # 国家自然科学重点基金（10135020）支持. 程序包的功能. 求解 没有相对论效应 的 Fokker-Plank 方程的程序包已于 2002年完成 [1,2]。 该程序包具有相对论效应，是反跳( bounce averaged) 平均的，考虑了 捕获电子效应和 各种不同加热模式 （ LHCD & ECRH） 下的准线性扩散系数[3-5] 。

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龙永兴 董家齐 焦一鸣 石秉仁 王爱科 张锦华 郦文忠 （核工业西南物理研究院） # 国家自然科学重点基金（10135020）支持

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Presentation Transcript

  1. 相对论Fokker-Plank程序包 的开发与应用 # 龙永兴董家齐 焦一鸣 石秉仁 王爱科 张锦华 郦文忠 （核工业西南物理研究院） # 国家自然科学重点基金（10135020）支持

  2. 程序包的功能 求解没有相对论效应的Fokker-Plank方程的程序包已于2002年完成[1,2]。 该程序包具有相对论效应，是反跳(bounce averaged)平均的，考虑了捕获电子效应和各种不同加热模式（LHCD & ECRH）下的准线性扩散系数[3-5] 。 程序包由意大利引进，可用于模拟等离子体中粒子的动力学过程，适用于磁约束环形装置等离子体辅助加热与电流驱动的动力学计算,对HL-1M和HL-2A的实验数据分析非常有用。

  3. 程序包的功能 我们将程序包成功移植，增加了计算功能，验证了程序的可靠性，并利用开发的编码程序对低杂波在托卡马克等离子体中的吸收和驱动效率进行了数值模拟，数值结果与理论分析完全一致，详细分析见文[8]。

  4. 程序包的功能 计算结果包括： 1. (不同坐标系)分布函数 2.密度,能量密度 3. 各向异性参数 4.加热功率 5.电流驱动效率 6.高能成份,能量传输等值.

  5. 参 考 文 献 1.龙永兴 石秉仁 董家齐等,“Fokker-Planck程序包的开发与利用”《科学技术与工程》Vol.3No5,p257(2003). 2.石秉仁 龙永兴 董家齐等,“Fokker-Planck study of tokamak electron cyclotron resonance heating”，《中国物理Chinese Physics》,vol.12,no.11,(2003) 3．D. Farina, IFP Internal Report, FP 99/14, 2000. 4．A. Simonetto et. IFP Internal Report, FP 00/08, 2000. 5． A. Cardinali, Recent research Developments in Plasmas, Trasnworld Research Network Magazine, Vol. 1 185 (2000). 6．M. Shoucri, I. Shkarofsky, Comp. Phys. Comm. 82 287 (1994) 7．Y. Peysson, M. Shoucri, Comp. Phys. Comm. 109 55 (1998) 8.焦一鸣 龙永兴 董家齐 石秉仁 高庆弟,”捕获电子效应对低杂波电流驱动的影响”,2003年GF报告，《物理学报》2005,n0.1待发表。

  6. Fokker-Planck方程

  7. Fokker-Planck方程 • 速度空间总流量是: • 表示为两项:

  8. Fokker-Planck方程 • 波加热项只是扩散. • DC电场只是磨擦力. • 碰撞项包含了扩散与磨擦力。

  9. Fokker-Planck方程

  10. Fokker-Planck方程

  11. 准线性扩散系数 LHCD：

  12. 准线性扩散系数 • ECRH:

  13. 数值方法 利用有限差分方法求解Fokker-Planck方程。空间差分近似为中心差分，时间轴采用Crank-Nicholson差分格式。 对差分方程采用5点（ 9点）强隐式方法,这是一个高精度算法[6,7]。 Fokker-Planck系数及其导数通过分布函数和Rosenbluth势的Legendre系列展开求得。

  14. F-P方程(code)

  15. F-P方程的离散化

  16. 差分格式

  17. 差分方程

  18. 九点差分方程

  19. 五点差分方程

  20. 输入参数 • N1: 在 P方向的离散点数. • N2: cos方向的离散点数，u(2)=-1,u(N2-1)=1. • DT:时间步长. • PRINT:结果输出频率. • ITS:计算的时间的总步数。 • TRAP: =1 包含了捕获电子效应. • TRAP: =0 没有捕获电子效应.

  21. 输入参数 使用数值方法的选取： • MODE: =5 使用五点格式. • =9 使用九点格式. • APARAM:方法收敛参数 (通常取 60).

  22. 输入参数 • PMAX: P 的最大值. • PMIN: P 的最小值，通常=0 • TRUNC: =1 包含E-E碰撞项（动量守恒） • =0 没有E-E碰撞项 • EEPS： Ohmic 电场参数

  23. 输入参数 • Ti: 粒子温度 • Te: 电子温度 • Z: 有效电荷 • COLLF: 碰撞损失项

  24. 输入参数 • LHCD • V1: 速度的最小值 • V2: 速度的最大值 • DDIF:扩散系数。

  25. 输入参数 ECRH • DNRES: . 共振折射指数 • DNPAR: 共振宽度 • DPERP: 扩散系数 • OMC:波频率

  26. 输入参数 • DELTA:SHAFRANOV漂移. • RMIN:小半径. • RMAJ: tokmak 的主半径

  27. 输入参数输入与捕获电子效应有关的数据

  28. 实例计算 • 利用开发的code对低杂波在托卡马克等离子体中的吸收和驱动效率进行了Fokker-Planck计算， 考查了环形托卡马克装置的纵横比对波功率沉积和电流驱动效率产生的作用。研究表明，捕获电子效应对低杂波电流驱动的影响与波驱动的功率谱结构有关。捕获电子的平行速度较低，优化的功率谱可以在共振的电子数和捕获电子之间取得折中。捕获电子效应可以使低杂波电流驱动效率减少30%,详细分析见[8]。

  29. 分布函数F图

  30. 分布函数F 平面图（v||-v^））

  31. 分布函数F 平面图（v||-v^））

  32. 分布函数F图(trapped particles)

  33. 分布函数F 平面图（v||-v^））(trapped particles)

  34. 分布函数F 平面图不同的v^

  35. 分布函数F 平面图 at fixed v||

  36. 分布函数F 平面图integrated over v^

  37. 分布函数F 平面图for several values of the angle integrated over v^

  38. 今 后 工 作 1. 对ECRH部分公式进行完善，结合HL-2A 物理实验开展数值模拟工作。 2 . 增加一个真实空间（3D-FP模型）。

  39. 谢谢！

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