HL-3装置高聚变三乘积运行方案设计OA

面向中国新一代托卡马克装置HL-3在2027—2030年开展氘氚(D-T)聚变实验的物理准备需求,系统设计了一套高聚变三乘积(fusion triple product,ni·T_(i)·τE)运行方案.聚变三乘积是衡量磁约束等离子体性能的核心指标,其数值直接关联聚变增益因子Q,并决定能否接近点火条件(Lawson判据要求ni·T_(i)·τE≥3×10^(20)-5×10^(20)keV·s·m^(-3)).为实现ni·T_(i)·τE>1×10^(20)keV·s·m^(-3)的阶段性目标,本文构建了一个多尺度、多物理耦合的集成模拟工作流:首先通过0.5维参数扫描(METIS)确定可行运行窗口;继而采用1.5维集成建模平台OMFIT获得自洽的平衡位形与剖面分布;随后利用CLT,MARS和ELITE代码评估磁流体(MHD)不稳定性;最后通过SOLPS-ITER模拟偏滤器热负荷以验证工程可行性.模拟结果表明,在IP=2.0 MA,BT=2.2 T、中性束注入功率PNBI=3 MW、高约束品质因子H_(ITER98),y2=1.14条件下,HL-3可实现芯部聚变三乘积1.02×10^(20)keV·s·m^(-3).该方案采用高密度(线平均密度nbar=9.26×1019m^(-3),达Greenwald密度极限的61%)、低加热功率策略,同时满足MHD稳定性(无内部扭曲模、撕裂模稳定、电阻壁模裕度充足)与偏滤器热负荷限制(峰值平均热负荷小于1.5 MW/m2,远低于材料极限7 MW/m2).本研究不仅为HL-3迈向高参数运行提供了可实施物理方案,也为国际热核聚变实验堆(ITER)及未来聚变堆的先进运行场景积累了关键技术经验.