2020-02-29杂质聚集XD

作者: 锅炉工的自我修养 | 来源:发表于2020-03-03 15:06 被阅读0次

2020-02-29杂质聚集XD
2020-05-14结论
杂质
杂质
杂质
杂质
Sketch打开XD文件
个人XD75(XD75re)键盘展示
adobe xd 白屏闪退终极拯救方法
xdpacks优惠码

XD非冠装效应增加辐射已于脱靶

Zhongping Chen 2020 NF DIII-D

小结：

1. 从已有的理论，及解释分析问题
1. 对每个网格的数据进行操作
1. 辐射定量化分析
1. 抓住核心问题
1. 明确物理概念。
6.工作重心转移 $\longrightarrow$ 数据分析。

Abstract

DIII-D实验证明，XD可以增加碳的线性辐射，相同的脱靶态，只需要SD一半的上游密度
在 $T_e=20~30eV$ 由于XD显著增加辐射体积，由于非冠装效应显著增加碳发射
机制包括碳杂质的平行和垂直输运，以及与D中性粒子的电荷交换
模拟数据支持的物理模型表明，极小的场线夹角在XD中起到相当重要的作用

场线夹角的影响: field angle 是不是pitch角
靶板和磁场线的夹角是怎么计算的？

pitch做什么处理？
qc，和qs的关系？
2D 磁场线与靶板的夹角是什么？

Introduction

XD的优势
- 降低靶板热流
- 低密度脱靶
- 相同的脱靶状态，更高的上游电子温度
- 靠近靶板稳定的脱靶前。抑制上游迁移
为什么XD辐射更多的功率？非冠状效应，辐射效率提高一个量级
主要原因是磁场角度
模拟结果+物理机制

什么是no-coronal effect
如何提高脱靶前的稳定性？（mechanism）

simulation setup

image.png

SD为horizontal target 和之前的结果对比(未修改位型)

下偏滤器限制XD在径向方向，SOL宽度10mm;SD流扩张不明显，因此没有限制

同样，SOL 15mm，SD无限制

不同的SOL宽度，探究不同的影响
固定芯部 $D^+$ 密度
化学溅射0.01，物理建设RB，6WM，输运系数0.15,0.5，粘滞0.2

粘滞系数怎么设置
h-mode

$\lambda_q=1.8mm$

$\lambda_q的$ 计算方式？

无漂移

能够加上漂移

eirene过程包括中性和原子过程。电离，复合，电荷交换，辐射
再循环100%

所有粒子？还是只有 $D^{+}$
pump在外偏滤器
相同位置，两个抽气口的影响。

image.png

局部增加分辨率技术

Detachement conditions

脱靶的多种定义
脱靶不是在真个靶板同时发生的
使用温度定义的脱靶<2eV

温度定义脱靶

选择0.3mm flux tube。

只考虑一个 flux tube

脱靶阈值——XD3.4e19 vs. SD 6.3e19 6.5e19SD20
两种偏滤器位型存在着完全不同的全脱靶状态:SD脱靶电子温度1.6eV和3.8eV;XD脱靶在SOL附近电子温度<4eV。远SOL依然attach温度峰值 $T_e$ =16eV。flux tube=6.5mm

描述不同的脱靶状态

image.png

SD接近全脱靶，XD部分脱靶（满足功率要求时）

部分脱靶更有利于将中性限制在PFR以内

部分脱靶，如何将中性离子限制在PFR区域？

场线夹角，表现出中的变化，对比XD巨大的径向和极向变化。
小的夹角可以增加辐射，易于脱靶。

理论基础？

XD在SP附近有很小的夹角，但是在far SOL有更大的夹角，表现出显著的温度梯度（SP脱靶——far SOL attached）

XD靶板出场线夹角的非均匀分布。
通过温度筛选网格，查看辐射，碳杂质占比，辐射占比。

垂直靶板温度梯度是SD的两倍。

更高的温度梯度，驱动更多地热流。

三维空间近似满足两点模型，XD更低的场线夹角，产生更大的温度梯度

确认SFD 是否有更大的温度梯度

关注分析两种位型的脱靶flux tube,解释为什么XD低密度脱靶
碳线性辐射在 $\lambda_q$ 内31%的能流进入XD，SD只有6%.

选中 $\lambda_q$ 所在的flux tube

SD极度依赖中性氘辐射和电离冷却。因此需要更高的D密度实现脱靶。

SD 不能受益于no-coronal effect，更加依赖D辐射

image.png

辐射功率低于1MW.m-2。除了打击点附近。
高的辐射区域解释80%的碳辐射，仅占5%的辐射体积

高辐射区域的辐射功率占比 28定律。辐射数值定量化

XD有更大的辐射体积。高碳辐射区域有着电子温度变化的限制。如果内外偏滤器温度变化相同，XD辐射只会径向扩张，极向压缩，保持总辐射体积不变化。

解释辐射区域为什么之中在靶板附近，小夹角，no-coronal效应。还是碳聚集。

必须了解什么是no-coronal effect

XD更大的辐射体积，扩展了温度的变化范围，导致更强的碳辐射。

FX导致SP温度很低，显著增加了碳辐射，很小的碳辐射区域，却占据了极大的总辐射量
较大的温度变化范围，使最有利于碳辐射的温度出现，此温度范围的辐射占比多少可以定量计算。

可以操作每一网格的所有数据，只要知道算法。

只考虑 $\lambda_q$ 流管的数据

no-coronal effects

在日冕图片中，碳的平均电离价态只是电子温度的函数，因为碳杂质有无限的生命周期，背景等离子体保证不经过与原子的电荷交换达到平衡电离状态。
碳发射取决 $P_{rad}/n_en_z,n_z$ 为总的碳杂质密度，也是日冕辐射的温度参数。

理想状态，温度的单值函数。
低价碳是辐射的主力？计算不同价态的辐射总量。

非日冕效应引入其他参数

驱动系统拜托日冕平衡的两个因素：杂质输运和电荷交换

这两个因素都让碳的价态平行倾向于更低的价态——有更强的线性辐射

更多的低价碳，更多的辐射。

导致系统处于非日冕平衡时，碳杂质的线性辐射损失显著增加。
碳的<Z>和<发射>都可以作为定量测量非日冕效应的度量标准——通过展示碳寿命与D中性密度的依赖关系
ADAS数据库表明，非日冕效应在之指定温度范围内，会两只增加碳发射

image.png
计算碳的发射和Z每个计算网格。2eV为温度变化单位，用总的碳辐射作为权重因子

计算权重，不太发明白

结果表明，碳杂质经历强烈的非日冕效应。这可以解释巨大的径向体积梯度（Fig3）

杂质输运

日冕图片，需要无限的背景等离子体，换句话说是无线的碳杂质寿命。
真实偏滤器碳的寿命是有限的，当达到平衡价态时会退出等离子体。
更短的 $\tau$ ，碳处于低价态（给定的温度），并且有更强的线性辐射
$n_e\tau$ ——碳发射在 $T_e=15eV$ 附近会增加一个量级，这在偏滤器靶板附近非常重要，因为这里输运非常强烈
平行输运和垂直输运受到磁场集合的显著影响，特别是磁场的夹角。
对于碳杂质的平行输运。D的再循环过程起到重要作用，在挡板附近，因为中性再循环引入SOL的粒子源
粒子流，必须输运粒子背朝靶板，以保证粒子守恒。

产生反流的原因，详细查看。

背景流，导致摩擦力主导的碳粒子。清除碳杂质原理等离子体到靶板
靶板附近的场线夹角能够显著影响输运过程。
相同的传播距离，中性到达更远的上游沿着更水平的场线（小角度）因此扩展电离源到更远的上游。导致更大的背景等离子体流，导致与碳杂质更强的摩擦力

解释为什么摩擦力更强

XD有更高的氘电离源，（更高的中性比率）和更强的碳平行输运。和靶板附近小角度是一致的。
垂直输运也需要考虑场线夹角
存在指向挡板（溅射源）的极向碳杂质密度梯度
反常输运导致碳朝向上游的扩散。
极端情况下，场线垂直挡板。扩散为完全平行输运，没有径向输运。

垂直情况下，没有径向输运的影响

评估碳周期的简单模型，定量比较两种位型的输运

平行输运

$\tau_{||}=\int_{0}^{L} dl/v_{||}$
$v_{||}$ 是碳粒子流平行速度。 $l$ 为场线距离， $L$ 为连接长度

垂直扩散

$\tau_{\perp}=(\Delta z)^{2}/D_{\perp}$
$\Delta z$ 为每一个网格的垂直距靶板

平均存活时间

$\tau^{-1}=\tau^{-1}_{||}+\tau_{\perp}^{-1}$
计算每一个网格，然后加上温度bins的权重

结果表明，XD有更前的杂质输运是碳的寿命减少

image.png
注意到总的 $\tau$ 单调增加从靶板到上游的每一个网格，但是平均时间并非与温度轴一致，因为径向温度变化从每一个流管中，特别是XD

电荷交换影响

电荷交换复合出现在中性转移过程朝向低价态
$D^{0}+C^{I+}\rightarrow D^{+}+C^{(i-1)+}$
使系统远离日冕平衡
$n_D/n_e$ 作为电荷交换度的指标
ADAS数据库表明，在电荷交换增加碳发射一个量级，在20~40eV,当 $n_D/n_{e} ~ 10^{-31}$ 对SD的影响较小，因为SD20~40eV远离靶板（ $D^{0}再循环源的主导区域$ ）， $n_D/n_e$ 的比值很低
在XD中电子温度梯度很大，导致 $T_e$ 接近再循环源。

温度梯度大，靶板附近有较低的温度。

模拟表明，XD可以增加 $n_D/n_e到10^{-3}$ 在 $T_e=20~30eV$ ,显著增加碳发射
XD低密度脱靶使 $D^{0}$ 有更长的平均自由程，是一个额外的优势

低密度，更长的自由程。更高的密度。

Discussion

简单模型比较碳发射，每一网格的 $n_e,T_e,n_D$ 计算 $\tau$ ，将四个参数应用到ADAS数据库，插值碳发射率(包括非日冕效应，输运和电荷交换)
使用相同的加权平均。结果与 $T_e<30eV$ 的XD一致，强烈的非日冕效应，XD的碳发射比SD高一个量级。
由于发生流反转和 $v_{||}$ 可能改变符号，在更高的温度（指向上游，而不是靶板）
公式1可能会导致负值，对于负的 $\tau$ 我们使用日冕平衡，对于更高的温度区域，远离靶板，造成 $T_e>30eV$ 下降
稳定的反馈，XD具有独特的分离特性：非日冕效应的影响和倾角的关系，表明，脱靶前向上游移动，非日冕效应的影响会随着倾角的增加而减小，导致碳线辐射萎缩。这个负向反馈会导致脱靶在靶板附近的稳定。降低芯部约束的降低

倾角与碳杂质聚集的关系。还是no-cornal效应的影响。

Conclusion

非日冕效应，增加碳发射一个量级，增加靶板附近的辐射体积，导致脱靶阈值降低，新的物理发现:
倾角是决定非日冕效应程度的主要参数。XD靶板附近小的倾角，产生一个非日冕效应的优良区域

- 相同的效应可以通过倾斜靶板实现（垂直靶板）？？？

是靶板倾角的影响，还是低极向场区域的影响？
no-coronal能够解释碳杂质聚集？
no-cornal来解释碳辐射的增加是否足够？

小的入射角，ITER极向入射∠ $~30^{\circ}$ ,边界和垂直靶板。和水平的靶板相比，场线夹角降低一半。
下一步将探究倾角足够小，将在下一步工作中探究
角度扫描，将会探究是否存在一个角度，非日冕效应关闭。

在高功率下，这些效应显著提高，高输入功率，导致挡板附近叫较高的温度梯度，减小磁场倾角

为什么在高功率显著增加？SFD的的上游密度会更高，对应的下游参数会更接近脱靶。
是否需要feedback,含碳feedback不可行。

12 MW的模拟表明XD和SD的显著不同，XD的优势在高功率更加显著。（56%的降低脱靶阈值）
计划进行全参数扫描在输入功率。
XD在高功率下的优势

小倾角的结合特征，会导致可以显著控制功率。保护靶板远离交换事件的影响（ELMs）。

ITER使用鱼尾偏滤器和偏滤器倾斜。利用更低倾角。

倾角具体指什么

XD在稳定的脱靶状态，辐射主导热沉积。
flaring(XD定义的特性)，提供稳定的反馈控制，允许辐射区域，远离靶板一定距离，抑制脱靶前项上游移动
因此，瓦片的好的结构导致变得不可见对等离子体和场线。
关注燃烧等离子体的高功率表现。

2020-02-29杂质聚集XD
XD非冠装效应增加辐射已于脱靶 Zhongping Chen 2020 NF DIII-D 小结：从已有的理论，...
2020-05-14结论
结论几何结构（SD泄露，SFD聚集）导致中性原子在靶板附近聚集，同时该区域存在强烈的再循环，导致该区域低价碳杂质...
杂质
化学中有一个神奇的东西，它不溶于酸、不溶于碱，不溶于盐，不溶于有机物。它水火不侵，百毒不伤，无论是在喷灯上加热，...
杂质
曾你非我我非你然你是我我是你而你中我我中你亦你与我我与你是你是你我是我
杂质
沙子在风中飞扬，在水中浮沉。文/赵允之我喜欢收藏玻璃杯，只因为它的透明，它的纯净。在喝白开水时，我会感觉到平淡...
杂质
不小心把高温炉里熔样的银坩埚给熔化了，控制温度调成960℃，拧过了一大格。从高温炉里扒出来这么一坨带着杂质的银疙...
Sketch打开XD文件
Sketch无法直接打开XD文件，需要通过即时设计将XD转为Sketch文件。即时设计登录即时设计，上传XD文...
个人XD75(XD75re)键盘展示
个人XD75(XD75re)键盘展示 XD75键盘(或XD75re)曾经是我个人的主力键盘。在相当长一段时间内...
adobe xd 白屏闪退终极拯救方法
官方地址:https://helpx.adobe.com/xd/kb/after-launch-adobe-xd-...
xdpacks优惠码
XDpacks是一款xd插件，用来管理 Adobe XD 中的插件，目前已经收录超200款XD 插件，，极力推荐使...