识别电子回旋波轨迹的方法、装置、终端及存储介质制造方法及图纸

本发明专利技术实施例提出了识别电子回旋波轨迹的方法、装置、终端及存储介质，该方法包括：获取多种不同预设等离子体位形下的归一化平衡极向磁通；基于所述归一化平衡极向磁通确定总磁场；基于所述总磁场且以不定步长四阶龙格

【技术实现步骤摘要】
识别电子回旋波轨迹的方法、装置、终端及存储介质


[0001]本专利技术涉及高能物理
，特别涉及识别电子回旋波轨迹的方法、装 置、终端及存储介质。

技术介绍

[0002]ECW(Electron cyclotron waves，电子回旋波)是射频波中的一种， ECW注入对磁约束聚变等离子体装置(如HL
‑
2A/EAST托卡马克装置)的放 电启动和维持稳态运行至关重要。针对电子回旋波物理，人们对波天线和 驱动电流做了相应的研究，电子回旋波电流驱动的计算是基于波轨迹的识 别，针对此，目前已开发出了等离子体中波轨迹识别的方法。对于这些方 法，根据其基本原理，可划分为三大类：
[0003]一种是基于射线追踪方法进行波迹识别。此类方法采用几何光学近似， 采用常微分方法对波迹方程组进行求解，从而得到热等离子体中的波轨迹 信息。针对此类方法，已有大量的文献与专利，如Alberti S等，Fullabsorption of third harmonic ECH in TCV tokamak plasmas in thepresence of second harmonic ECCD,Nuclear fusion,2002,42(1):42. Lin Liu Y R等，Electron cyclotron current drive efficiency in generaltokamak geometry[J].Phys.of Plasmas,2003,10(10),4064
‑
4071。
[0004]还一种是基于高斯波束方法进行波迹识别。具体的当干涉或衍射很重 要时，高斯光束方法可以解决射线追踪模拟程序的缺点。例如，当光束以 强聚焦发射时，射线追踪代码的几何光学可能使所有射线以非物理方式在 空间中的一个点上交叉，而高斯光束代码会发现非零的衍射极限下的非零 束宽。针对此类方法，也已有大量的文献，如Poli E等,TORBEAM 2.0,aparaxial beam tracing code for electron
‑
cyclotron beams in fusionplasmas for extended physics applications.2018 Computer PhysicsCommunications 225,36
‑
46.G.V.Pereverzev等,Beam tracing ininhomogeneous anisotropic plasmas,1998,Physics of Plasmas 5,3529。
[0005]第三种则是基于准光学方法进行波迹识别。准光学近似方法跟踪射迹 以模拟高斯光束，但与射线追踪方法不同，它保留光线之间的相互作用以 考虑干涉和衍射效应。这种方法减少了上述高斯波束方法的限制，即使在 整个光束的吸收和折射不均匀时，也需要进行高斯分布拟合。这方面的研 究也有的相关文献，如D.Farina等，A Quasi
‑
Optical Beam
‑
Tracing Codefor Electron Cyclotron Absorption and Current Drive:GRAY,FusionSci.Technol.52(2007)154。
[0006]虽然针对电子回旋波在等离子体中的传播轨迹，目前有大量的文献和 专利，但是现有的方法均未考虑多种位形下电子回旋波的传播轨迹和吸收， 导致在实际的应用过程受限。

技术实现思路

[0007]有鉴于此，本专利技术提出了识别电子回旋波轨迹的方法、装置、终端及 存储介质，用
以解决现有技术中的问题。
[0008]具体的，本专利技术提出了以下具体的实施例：
[0009]本专利技术实施例提出了一种识别电子回旋波轨迹的方法，包括：
[0010]获取多种不同预设等离子体位形下的归一化平衡极向磁通；
[0011]基于所述归一化平衡极向磁通确定总磁场；
[0012]基于所述总磁场且以不定步长四阶龙格
‑
库塔法对柱坐标下的波迹方 程进行全区间积分，以依次确定所述电子回旋波的传播轨迹中的各个点的 信息。
[0013]在一个具体的实施例中，所述归一化平衡极向磁通通过以下公式表 示：
[0014][0015]其中，ψ(r，z)为归一化平衡极向磁通、r为径向坐标、z为垂直坐标、ψ0为 磁轴位置、R0是托卡马克装置的横向半径、R
x
、E和τ分别为磁感线交叉点 的位置、拉长比和三角度。
[0016]在一个具体的实施例中，所述基于所述归一化平衡极向磁通确定总磁 场，包括：
[0017]对所述归一化平衡极向磁通在竖向方向上进行求导，得到径向方向上 的磁场；
[0018]对所述归一化平衡极向磁通在径向方向上进行求导，得到竖向方向上 的磁场；
[0019]基于径向方向上的磁场、竖向方向上的磁场以及环向磁场确定总磁场。
[0020]在一个具体的实施例中，所述总磁场通过以下公式表示：
[0021][0022][0023][0024][0025][0026]其中，B为总磁场、B
r
为r方向上的磁场、B
z
为Z方向上的磁场、B
φ 为环向磁场、q0是中心安全因子、B0为中心磁场、R0是托卡马克装置的横 向半径、r为径向坐标。
[0027]在一个具体的实施例中，所述等离子体位形包括：托卡马克、球形托 卡马克和FRC位形；其中，不同的所述等离子体位形对应不同的磁场参数； 所述磁场参数包括：磁感线交叉点的位置、拉长比、三角度、中心安全因 子、中心磁场和托卡马克装置的横向半径。
[0028]在一个具体的实施例中，所述波迹方程包括：
[0029][0030][0031][0032]其中，r是径向坐标、φ是环形角、z是垂直坐标、n＝kc/ω＝(n
r
，m＝rn
φ
， n
z
)、k是波矢，c是光速，ω是波的角频率；D0是用冷等离子体近似计算的色 散函数；
[0033][0034]D0＝D
r
+iD
i
；D
r
为等离子体色散实部；Di为等离子体色散虚部；
[0035]D0＝AN4‑
BN2+C＝0；
[0036]A＝Ssin2θ+Pcos2θ；
[0037]B＝RLsin2θ+PS(1+cos2θ)；
[0038]C＝PRL；
[0039][0040][0041][0042]是粒子的回旋频率、B为所述总磁场、ω
s
是等离子体频率、 q
s
是粒子的电荷、m
s
是粒子的质量、n
s0
是粒子的中心密度、 ∈0是电导率、θ是磁场与波矢之间的夹角；r，φ，z，k
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种识别电子回旋波轨迹的方法，其特征在于，包括：获取多种不同预设等离子体位形下的归一化平衡极向磁通；基于所述归一化平衡极向磁通确定总磁场；基于所述总磁场且以不定步长四阶龙格
‑
库塔法对柱坐标下的波迹方程进行全区间积分，以依次确定所述电子回旋波的传播轨迹中的各个点的信息。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述归一化平衡极向磁通通过以下公式表示:其中，ψ(r,z)为归一化平衡极向磁通、r为径向坐标、z为垂直坐标、ψ0为磁轴位置、R0是托卡马克装置的横向半径、R
x
、E和τ分别为磁感线交叉点的位置、拉长比和三角度。3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述基于所述归一化平衡极向磁通确定总磁场，包括：对所述归一化平衡极向磁通在竖向方向上进行求导，得到径向方向上的磁场；对所述归一化平衡极向磁通在径向方向上进行求导，得到竖向方向上的磁场；基于径向方向上的磁场、竖向方向上的磁场以及环向磁场确定总磁场。4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述总磁场通过以下公式表示：所述总磁场通过以下公式表示：所述总磁场通过以下公式表示：所述总磁场通过以下公式表示：所述总磁场通过以下公式表示：其中，B为总磁场、B
r
为r方向上的磁场、B
z
为z方向上的磁场、B
φ
为环向磁场、q0是中心安全因子、B0为中心磁场、R0是托卡马克装置的横向半径、r为径向坐标。5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述等离子体位形包括：托卡马克、球形托卡马克和FRC位形；其中，不同的所述等离子体位形对应不同的磁场参数；所述磁场参数包括：磁感线交叉点的位置、拉长比、三角度、中心安全因子、中心磁场和托卡马克装置的横向半径。6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述波迹方程包括：所述波迹方程包括：
其中，r是径向坐标、φ是环形角、z是垂直坐标、n＝kc/ω＝(n
r
,m＝rn
φ
,n
z
)、k是波矢，c是光速，ω是波的角频率；D0是用冷等离...

【专利技术属性】
技术研发人员：李景春，谢华生，
申请(专利权)人：南方科技大学，
类型：发明
国别省市：