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全波代码 AORSA 被用来验证射线追踪技术。AORSA 是一种全波代码#xff0c;它对于所有拉莫尔半径#xff08;Larmor radius#xff09;的阶数都是有效的#xff0c;并且能够解析任意的离子回旋谐波。拉莫尔半径是带电粒子在磁场中做圆周运动的半径#xff0c;离…AORSA
全波代码 AORSA 被用来验证射线追踪技术。AORSA 是一种全波代码它对于所有拉莫尔半径Larmor radius的阶数都是有效的并且能够解析任意的离子回旋谐波。拉莫尔半径是带电粒子在磁场中做圆周运动的半径离子回旋谐波与等离子体中离子在磁场中的运动有关。AORSA 能够更全面地考虑等离子体的物理特性从而对射线追踪技术的预测结果进行验证。
源代码地址: https://github.com/ORNL-Fusion/aorsa 目录 AORSA一、AORSA 的输入输出及源码目录结构输入文件Inputs✅EXAMPLE 输出文件Outputs✅EXAMPLE 源码目录结构 二、aorsa2d.in参数说明表*未使用的参数列表✅ 示例配置文件DIID-helicon 为例aorsa2din namelist当前配置说明表State namelist当前配置说明表※ 补充说明 一、AORSA 的输入输出及源码目录结构
输入文件Inputs ZTABLE.TXT – 等离子体色散函数Plasma Dispersion Function的数值查找表。 grfont.dat – 用于 AORSA 和 CQL3D 的图形显示。 Ztable – 另一个等离子体色散函数的数值查找表可能和 ZTABLE.TXT 相同或不同视情况而定。 geqdsk – 托卡马克平衡数据的 EFIT G-EQDSK 文件其具体文件名在 aorsa2d.in 中指定。 ⭐aorsa2d.in – fortran namelist 文件用于设置程序参数 处理器配置nprow, npcol – 处理器网格。通常设为相等。nprow x npcol nproc即提交作业时请求的总进程数。剖面设置iprofile3 表示双抛物线型iprofile5 表示 STATE 块中的数值输入 双抛物线选项具体参数请参考相关文档或代码说明
✅EXAMPLE DIID-helicon 案例的输入文件图中的 g200201.00000 即为 eqdsk 磁平衡文件 输出文件Outputs out15 – 运行日志信息 log_aorsa2d – 运行日志信息 ⭐⭐⭐VTK 格式输出文件可用于 Visit、Paraview 或 Mayavi 查看—— 2D 和 3D 图像 Bql_avg_2D.vtk, Cql_avg_2D.vtk – 准线性扩散系数可选输出取决于标志位E_kicks_2D.vtk – 蒙特卡洛扰动场可选输出取决于标志位Eb_spectrum.vtk – 射频电场能量谱Poynting_2D.vtk – 坡印廷矢量电磁能流密度Bfield_2D.vtk – 磁场可能是平衡磁场或射频磁场Efield_2D.vtk – 射频电场capd.vtk – 色散关系 D(k,x) 的等高线图 ⭐Postscript 格式图像输出使用 PGPLOT 生成 aorsa2d.ps – 主要输出文件包含 1D 和 2D 场强与功率图 曲线颜色对应不同粒子种类【电子红色】【离子青色主成分、蓝色、绿色、洋红、橙色、黄色按 aorsa2d.in 中定义的粒子顺序排列】。 第 p1 张幻灯片开始 – Ztable 的等高线图第 p15 张幻灯片开始 – 密度和温度剖面图第 p80 张幻灯片开始 – 射频电场和电流的 α α α、 β β β、 b b b 分量的二维等高线图第 p92 张幻灯片开始 – E E_ E, E − E_- E−, E ∥ E_\parallel E∥ 的一维图J·E 和 Wdot功率沉积的二维等高线图第 p111 张幻灯片开始 – 功率谱的一维和二维图有助于收敛性测试第 p123 张幻灯片开始 – E 各分量绝对值的二维图第 p130 张幻灯片开始 – Btor环向磁场和 Bpol极向磁场的平衡态及 dl/B 图第 p133 张幻灯片开始 – 准线性、J·E 和 Wdot 功率结果的对比图 movie.ps – 展示射频电场随时间变化的帧序列时间谐波电影用以显示相速度 disper.ps – 波的介电特性图 k ⊥ k_\perp k⊥ 分支、共振点位置等 eqdsk_setup.ps – 显示从 EFIT G-EQDSK 文件中提取的平衡态属性
✅EXAMPLE DIID-helicon 案例上框为 vtk 文件下框为 ps 文件 源码目录结构
src/ – AORSA 的源代码目录src/FFTPACK, src/CQL3DSETUP – AORSA 的依赖库源代码src/JAGERHP – 专门用于低混杂波和奇数阶导数测试的 AORSA 版本src/SAVE\*, src/NEW, src/BACKUP – AORSA 的其他版本备份或开发分支
二、aorsa2d.in
fortran namelist 文件用于设置程序参数。类型CHARACTER字符串、REAL实数、INTEGER整数、LOGICAL逻辑型、PARAMETER常数。下为各个参数及其描述。
参数说明表
变量名类型含义默认值/单位eqdskCHARACTER平衡数据文件名EQDSK 格式g1080408021.txtnetCDF_file1CHARACTER第一个 CQL3D 分布函数文件名phillips_nstx3.5.2.ncnetCDF_file2CHARACTER第二个 CQL3D 分布函数文件名phillips_nstx3.5.2.ncrootCHARACTER模式求和方式none(所有模式)、fast(快波附近)、slow(慢波附近)nonexkx_onoREAL绘制 Ono 色散关系时的 kx 值 (单位m⁻¹)-30.0xky_onoREAL绘制 Ono 色散关系时的 ky 值 (单位m⁻¹)0.0nstrapINTEGER天线中电流带的数量4scrapeREAL刮削层长度用于数值剖面iprofile5100.0 (rho 单位)nminREAL刮削层中的最小电子密度限制1.0e18 m⁻³TeminREAL刮削层中的最低温度限制单位keV0.015 keVrhomaxREALrho 网格的最大值1.0xltREAL电流带宽度单位米0.2 m (20 cm)wdREAL天线单元之间的中心距离单位米0.5 m (50 cm)enorm_factorREAL场强归一化因子若 0则 AORSA 的 enorm factor × 最大能量0.0xkperp_cutoffREALxkperp 截止分数高于该值增强电子电导以抑制噪声0.75dampingREAL阻尼增强因子应用于 xkperp_cutoff 以上区域0.0taueREAL电子能量扩散时间用于流驱动计算0.05 s (50 ms)theta_antREAL天线与垂直方向的角度0.0°eslowevREAL慢波截止能量3.5e6 eVamu_sloREAL慢波离子质量相对于氢原子4.0z_sloREAL慢波离子电荷数2.0eta_sloREAL慢波离子浓度与电子浓度的比值0.0xnuomiREAL用于等离子体介电常数中的离子碰撞率0.0 s⁻¹xnuomeREAL用于等离子体介电常数中的电子碰撞率0.0 s⁻¹xnueadREAL电子的附加经验碰撞频率单位s⁻¹0.0xnu1adREAL主要离子的附加经验碰撞频率单位s⁻¹0.0xnu2adREAL次要离子的附加经验碰撞频率单位s⁻¹0.0rantREAL天线的大半径若为 0.0则 psiant 0.950.0 mantangREAL天线带与垂直方向的夹角单位度0.0°dthetant0REAL天线角度变化范围初始40.0°dpsiant0REAL天线 psi 范围变化步长0.05antlenREAL天线长度1.0 mantlcREAL沿天线传播的常数 光速 / 相速度0.0001psilimREAL等离子体边界 psi 值0.99psimaskREAL屏蔽 psi 值1.05psiantREAL天线所在位置的 psi 值0.95psimolREAL若不等于 1.0则使用 molifier 对剖面进行修正1.0psipneREAL电子密度剖面使用的 psi 值0.50psipteREAL电子温度剖面使用的 psi 值0.30psipti1-6REAL各种离子温度剖面使用的 psi 值0.30yantREAL天线在 Z 方向的位置单位米0.0 mte0REAL中心电子温度单位eV4290 eVti0, ti02-06REAL中心离子温度单位eV7070 eVepszetREALZ 函数计算的误差容限用于色散计算1.0e-7delta0REAL伯恩斯坦波的数值阻尼因子0.0xnwallREAL放置在最后网格点上的金属密度0.0amu1, amu2REAL离子质量相对于氢原子2.0, 1.0z1, z2REAL离子电荷数相对于氢原子1.0, 1.0etaREAL次要离子密度与电子密度的比值0.0b0REALx0 处的磁场强度单位特斯拉2.08 Tq0REAL轴上反旋转剪切值1.0rtREAL托卡马克装置的大半径1.68 mekappaREAL纵向拉伸elongation2.0rwleft, rwrightREAL左右导电壁的大半径0.0 mytop, ybottomREAL上下导电壁的垂直位置0.0 mymaxREAL垂直方向最大半径默认为 awallx0.0 mfreqcyREAL射频频率单位Hz3.2e7 Hz (32 MHz)alimREAL限流器位置100.0gradREAL是否包含梯度项0 忽略1 包含0.0signbzREALBz 符号1.0xn0REALx0 处的电子密度3.11e19 m⁻³xn2, xn3-6REAL各类离子密度0.0xnsloREAL慢波离子密度0.0curdnx, curdny, curdnzREAL天线在 x/y/z 方向上的电流密度单位安/米托卡马克长度1.0 A/mprfinREAL输入的总射频功率0.0 WxleftREAL能量积分左边界-0.7 mxrightREAL能量积分右边界0.7 mqavg0REAL轴上的平均旋转剪切值1.0xnlim, xn2lim-6lim, xnslolimREAL刮削层中的电子/离子密度0.0telimREAL刮削层中的电子温度x aplasm0.0 (eV)tilimREAL刮削层中的离子温度x aplasm0.0 (eV)ti2limREAL第2种离子在刮削层中的温度0.0 (eV)ti3limREAL第3种离子在刮削层中的温度0.0 (eV)ti4limREAL第4种离子在刮削层中的温度0.0 (eV)ti5limREAL第5种离子在刮削层中的温度0.0 (eV)ti6limREAL第6种离子在刮削层中的温度0.0 (eV)amu3REAL第3种离子质量与氢原子质量之比12.0z3REAL第3种离子电荷与氢原子电荷之比6.0eta3REAL第3种离子密度与电子密度的比值0.0xnu3adREAL第3种离子的附加经验碰撞频率0.0amu4REAL第4种离子质量与氢原子质量之比12.0z4REAL第4种离子电荷与氢原子电荷之比6.0eta4REAL第4种离子密度与电子密度的比值0.0xnu4adREAL第4种离子的附加经验碰撞频率0.0amu5REAL第5种离子质量与氢原子质量之比12.0z5REAL第5种离子电荷与氢原子电荷之比6.0eta5REAL第5种离子密度与电子密度的比值0.0xnu5adREAL第5种离子的附加经验碰撞频率0.0amu6REAL第6种离子质量与氢原子质量之比12.0z6REAL第6种离子电荷与氢原子电荷之比6.0eta6REAL第6种离子密度与电子密度的比值0.0xnu6adREAL第6种离子的附加经验碰撞频率0.0zeffcdREALEhst-Karney 电流驱动计算的有效电荷数2.5rzoom1REALwdot 计算左侧的 R 值0.0 mrzoom2REALwdot 计算右侧的 R 值0.0 myzoom1REALwdot 计算底部的 Y 值0.0 myzoom2REALwdot 计算顶部的 Y 值0.0 mydispREAL绘制 D(x, kx) 等高线时的 y 值0.0 mxkydispREAL绘制 D(x, kx) 等高线时的 ky 值 (单位m⁻¹)0.0 m⁻¹dfquotientREAL*4如果不等于 0只绘制一个等高线 df / dfquotient0.0rmin_zoomREAL*4边缘密度图的最小 R 值2.15rmax_zoomREAL*4边缘密度图的最大 R 值2.35yplotREAL*4慢波色散图的 y 截取值0.05alphan, …, alphan_sloREAL各类粒子密度剖面的 α α α 参数1.0alphate, alphati, …, alphati6REAL各类粒子温度剖面的 α α α 参数1.0betan, …, betan_sloREAL各类粒子密度剖面的 β β β 参数2.0betate, betati, …, betati6REAL各类粒子温度剖面的 β β β 参数2.0version_numberINTEGERAORSA 版本号24n_prof_fluxINTEGER决定剖面是相对于环向还是极向磁通量0upshiftINTEGER上变频开关1 开启0 关闭1odd_orderINTEGER是否包含奇数阶导数0nsmoothINTEGER平滑次数4eqdsk_specialINTEGEREQDSK 文件类型标志0 正常非 0 特殊0nphi_sum_onlyLOGICAL是否仅对模式求和而不运行 AORSA.false.anti_aliasLOGICAL是否启用反走样滤波器.false.use_new_wdotLOGICAL是否使用新的 wdote包含共振和非共振项.false.use_no_dampLOGICAL是否关闭功率计算中的人工阻尼.false.read_solutionLOGICAL是否从文件读取场解而不是使用 Scalapack 求解.false.plot_onlyLOGICAL是否仅执行绘图而不运行 AORSA.false.curved_antLOGICAL天线是否跟随磁面默认为真.true.normINTEGER归一化方式1 按 jdote2 按 wdot3 按 wdot_ql1z2_electronINTEGER电子 Z2 函数使用方式0 原始函数默认1 使用 l0 表格2 使用傅里叶展开0i_writeINTEGER是否写入 4D ORBIT_RF 文件0 不写入默认非 0 写入0n_binINTEGER分箱数2iqlINTEGER未详细说明1i_antennaINTEGER天线模型选择0 高斯电流1 c o s ( k y ∗ y ) cos(ky*y) cos(ky∗y)默认1nuperINTEGER超级粒子数量垂直方向65nuparINTEGER平行方向超级粒子数量129nkperpINTEGER在 Lee 插值版本中使用的 k ⊥ k_\perp k⊥ 数量默认 201若为 0 则不插值201nzeta_wdoteINTEGER电子 wdot 计算网格点数0 不计算1 不插值≥2 插值51nzeta_wdotiINTEGER离子 wdot 计算网格点数0 不计算1 不插值≥2 插值51i_sav, j_savINTEGER保存索引变量0i_sav1, j_sav1INTEGER保存索引变量0i_sav2, j_sav2INTEGER保存索引变量0isolveINTEGER是否计算波解非 0 计算默认0 从文件读取1ftrapINTEGER是否包含捕获粒子对电流驱动的影响0 无非 0 有默认1nnode_localINTEGER局部 Wdot 计算使用的局部傅里叶模数量≤0 不计算0 计算0nnode_overlapINTEGER重叠点数量0iprofileINTEGER密度/温度剖面形式1 高斯2 抛物线3 ( 1 − ρ β ) α (1-ρ^β)^α (1−ρβ)α默认5 数值剖面3nboundaryINTEGER边界类型1 磁面边界默认0 方形边界1nprow, npcolINTEGERMPI 进程网格行列数8, 8nwdotINTEGERWdot 和流计算中使用的径向模态数量0lmaxINTEGER离子电导率中保留的最高阶贝塞尔函数5lmaxeINTEGER电子电导率中保留的最高阶贝塞尔函数1ibesselINTEGER使用的贝塞尔函数类型0 复数1 实数默认2 二阶展开1inuINTEGER是否考虑真实碰撞0 忽略0iprintINTEGER打印控制1 不打印 fields_local默认28 打印1igeomINTEGER磁面几何类型2 Solovev5 EQDSK默认5iqprofINTEGERq 剖面比例关系1 与密度成正比默认2 与 密度 \sqrt{密度} 密度 成正比1isigmaINTEGER使用冷等离子体或热等离子体电导率0 冷1 热默认1nzfunINTEGERZ 函数类型0 简单 Z 函数1 Brambilla 广义 Z 函数默认2 Smithe 数值积分3 Smithe 查表1idiag, jdiagINTEGER诊断相关参数5, 4ndisteINTEGER电子分布函数类型0 Maxwellian1 非 Maxwellian0ndisti1..6INTEGER各种离子分布函数类型0 Maxwellian1 非 Maxwellian0nmodesxINTEGERx 方向使用的模态数量128nmodesyINTEGERy 方向使用的模态数量128nmodeslbINTEGER沿磁力线方向使用的模态数量256nphi_numberINTEGERnphi_array 中 nphi 的数量10nphimxPARAMETERnphi_array 的最大维度200nphi_array(nphimx)INTEGER包含 nphi 值的数组0nphasemxPARAMETERphase_array 的最大长度12phase_array(nphasemx)REAL每个天线带相位列表0.0
*未使用的参数列表
变量名类型默认值/单位xwallREAL0.0aplasmREAL0.7 mflatREAL0.0b1rat, b2ratREAL0.7, 1.3xnuabsREAL0.0xbnchREAL0.0dfreqREAL0.0dkzREAL0.0xnudipREAL2.5adipREAL0.0efoldREAL0.0xdeltaREAL0.55wdeltaREAL0.0xdelt2REAL-0.07wdelt2REAL0.0iexactINTEGER1irootINTEGER2iequatINTEGER1iqxINTEGER4iezINTEGER0nstepINTEGER16nabsINTEGER2iabsorbINTEGER2itempINTEGER0nfreqmINTEGER1nkzmINTEGER1idensINTEGER0ibackgroundINTEGER1izfuncINTEGER未定义 ✅ 示例配置文件DIID-helicon 为例
所含的所有粒子种类electrons 电子 e e edeuterium 氘离子 1 2 H / D _1^2H/D 12H/Dhydrogen 氢离子 1 1 H / p _1^1H/p 11H/pbeam deuterons 束流氘离子carbon 碳离子 6 12 C _6^{12}C 612C。
aorsa2din namelist
主控制参数列表
aorsa2din! 基本设置! 启用新的 wdot 模型用于计算波动能量源项。use_new_wdot .true.,! 使用电子响应函数的替代版本例如使用 l0 表格具体取决于实现z2_electron 1,! 不使用 zeta平行波数积分来计算电子/离子的能量沉积nzeta_wdote 0,nzeta_wdoti 0,! 电子和离子的碰撞频率单位rad/sxnuome 0.01,xnuomi 0.01,! 频率上移因子可能用于补偿多普勒效应upshift 1,! 使用弯曲天线模型curved_ant .true.,! 绘图区域在 y 方向的范围上限yplot .05,! 最大归一化半径通常为 1rhomax 1.0,! 天线参数! 天线位置和垂直范围定义rwright 2.45,ytop 1.18,ybottom -1.25,! 边界处理方式0 表示无刮削边界nboundary 0,! scrape 表示边界附近吸收层厚度scrape 0.08,! 最小密度限制防止数值不稳定nmin 2e18,! 数值稳定性参数delta0 1.0e-05,! 波矢量 k 在 x 和 y 方向的初始估计值用于迭代求解xkx_ono 7.0,xky_ono 5.0,! 天线偏移量及对应的波矢量ydisp 0.05,xkydisp 5.0,! 截断垂直波数用于滤除高频噪声xkperp_cutoff 0.85,! 阻尼系数用于稳定求解damping 500.0,! 使用第 5 种等离子体剖面模型iprofile 5,! 使用一个通量面作为剖面基准n_prof_flux 1,! 磁平衡文件EQDSK 格式eqdsk g200201.00000,! NetCDF 文件用于读取其他等离子体参数如密度、温度分布netCDF_file2DIII_NB_FW_0th.max.nc,! 模拟在 x 和 y 方向上使用的模态数量决定分辨率nmodesx 16,nmodesy 16,! 并行计算行列分组MPI 进程划分nprow 1,npcol 1,! 使用 1 个 toroidal 模式φ模式编号为 -94nphi_number 1,nphi_array -94, ! 功率输入W、频率Hz、天线长度m、相位扰动、天线电感、半径、类型、垂直位置等prfin 35.601e06,freqcy 476.0E06,antlen 0.375,dpsiant0 0.03,antlc 4.4366,rant 2.38,i_antenna 0,yant 0.45,! 最大极角模数lmax 47,! 有效电荷Zeffzeffcd 1.852, ! 电子密度和温度剖面参数指数分布xn0 2.6E19,xnlim 1.0E18,alphan 0.15,betan 2.0,te0 6.55E03,telim 0.1e03,alphate 2.0,betate 2.0,! ndisti1~ndisti4 是多个离子种类的设置:! 氘离子deuteriumndisti1 0, amu1 2.0,z1 1.0, ti0 4.9E03,tilim 0.2e03,alphati 2.0,betati 2.0,! 氢离子hydrogenndisti2 0, amu2 1.0,z2 1.0,xn2 0.0e18,xn2lim 0.0e18,alphan2 0.15, betan2 2.0,ti02 4.9E03,ti2lim 0.2E03,alphati2 2.0,betati2 2.0, ! 束流氘离子beam deuteronsndisti3 0, amu3 2.0,z3 1.0,xn3 0.0e18,xn3lim 0.0e18,alphan3 0.15, betan3 2.0,ti03 33.E03,ti3lim 33.E03,alphati3 2.0,betati3 2.0, ! 碳离子carbonndisti4 0, amu4 12.0,z4 6.0,xn4 0.0e18,xn4lim 0.0e18,alphan4 0.15, betan4 2.0,ti04 33.E03,ti4lim 33.E03,alphati4 2.0,betati4 2.0, /当前配置说明表
变量名当前值解释use_new_wdot.true.使用新的 wdot 模型计算波动能量源项z2_electron1电子响应函数类型1 表示使用 l0 表格nzeta_wdote, nzeta_wdoti0用于电子/l离子能量沉积积分的 zeta 点数设为 0 表示不使用xnuome, xnuomi0.01电子/离子碰撞频率单位rad/supshift1频率上移因子可能用于补偿多普勒效应curved_ant.true.使用弯曲天线模型yplot.05绘图区域在 y 方向上的上限rhomax1.0最大归一化半径通常为 1rwright2.45天线位置的 R 坐标ytop, ybottom1.18, -1.25天线上/下边界位置nboundary0边界处理方式0 表示无刮削边界scrape0.08刮削层厚度nmin2e18等离子体密度下限防止数值不稳定delta01.0e-05数值稳定性参数xkx_ono7.0波矢量 kx 的初始估计值xky_ono5.0波矢量 ky 的初始估计值ydisp0.05天线偏移量xkydisp5.0对应于天线偏移的波矢量 kyxkperp_cutoff0.85垂直波数截断阈值用于滤除高频噪声damping500.0阻尼系数用于稳定求解iprofile5等离子体剖面模型编号使用第 5 种模型n_prof_flux1使用通量面数量作为剖面基准eqdskg200201.00000磁平衡文件名EQDSK 格式netCDF_file2DIII_NB_FW_0th.max.ncNetCDF 文件名包含等离子体参数nmodesx16x 方向模态数决定分辨率nmodesy16y 方向模态数nprow, npcol1MPI 并行计算中进程行/列数nphi_number1toroidal 模式φ模式的数量nphi_array-94toroidal 模式编号数组prfin35.601e06输入功率单位Wfreqcy476.0E06射频波频率单位Hzantlen0.375天线长度单位mdpsiant00.03天线相位扰动antlc4.4366天线电感rant2.38天线半径i_antenna0天线模型选择0 表示高斯电流1 表示 c o s ( k y ∗ y ) cos(ky*y) cos(ky∗y)yant0.45天线垂直位置lmax47最大极角模数Legendre 模展开阶数zeffcd1.852有效电荷Zeffxn02.6E19电子密度中心值单位m⁻³xnlim1.0E18电子密度最小限制值alphan0.15电子密度剖面指数参数 αbetan2.0电子密度剖面指数参数 βte06.55E03电子温度中心值单位eV 或 keVtelim0.1e03电子温度最小限制值alphate2.0电子温度剖面指数参数 αbetate2.0电子温度剖面指数参数 βndisti10离子种类 1 的密度分布标志0 表示关闭amu12.0离子种类 1 的原子质量氘离子 2.0z11.0离子种类 1 的电荷数氘离子 1.0ti04.9E03离子种类 1 的温度中心值tilim0.2e03离子种类 1 的温度最小限制值alphati2.0离子种类 1 的温度剖面 αbetati2.0离子种类 1 的温度剖面 βndisti20离子种类 2 的密度分布标志氢离子 0amu21.0离子种类 2 的原子质量氢离子 1.0z21.0离子种类 2 的电荷数氢离子 1.0xn20.0e18离子种类 2 的密度中心值xn2lim0.0e18离子种类 2 的密度最小限制值alphan20.15离子种类 2 的密度剖面 αbetan22.0离子种类 2 的密度剖面 βti024.9E03离子种类 2 的温度中心值ti2lim0.2E03离子种类 2 的温度最小限制值alphati22.0离子种类 2 的温度剖面 αbetati22.0离子种类 2 的温度剖面 βndisti30离子种类 3 的密度分布标志束流氘离子 0amu32.0离子种类 3 的原子质量束流氘离子 2.0z31.0离子种类 3 的电荷数束流氘离子 1.0xn30.0e18离子种类 3 的密度中心值xn3lim0.0e18离子种类 3 的密度最小限制值alphan30.15离子种类 3 的密度剖面 αbetan32.0离子种类 3 的密度剖面 βti0333.E03离子种类 3 的温度中心值ti3lim33.E03离子种类 3 的温度最小限制值alphati32.0离子种类 3 的温度剖面 αbetati32.0离子种类 3 的温度剖面 βndisti40离子种类 4 的密度分布标志碳离子 0amu412.0离子种类 4 的原子质量碳离子 12.0z46.0离子种类 4 的电荷数碳离子 6.0xn40.0e18离子种类 4 的密度中心值xn4lim0.0e18离子种类 4 的密度最小限制值alphan40.15离子种类 4 的密度剖面 αbetan42.0离子种类 4 的密度剖面 βti0433.E03离子种类 4 的温度中心值ti4lim33.E03离子种类 4 的温度最小限制值alphati42.0离子种类 4 的温度剖面 αbetati42.0离子种类 4 的温度剖面 β State namelist
等离子体状态数据如密度、温度、磁场几何等
STATE S_T0 0.,S_T1 0.,! 几何设置:! R-Z 网格范围表示等离子体的模拟区域S_R_AXIS 0.,S_Z_AXIS 0., S_R0_MACH 0.,S_Z0_MACH 0.,S_R_MIN 0.88,S_R_MAX 2.475, S_Z_MIN -1.3,S_Z_MAX 1.3,! 物理上存在的粒子种类数2 种电子 氘S_NSPEC 2, ! 包括热离子在内的总粒子种类数4 种S_NSPEC_TH 4, ! 所有粒子种类名称列表S_S_NAME electrons, deuterium,hydrogen,beam deuterons,carbon ! 碳离子通常是杂质粒子可能用于计算辐射损失或有效电荷 Z_{eff} 但它不一定直接参与主动力学过程不计入主粒子种数! 每种粒子的电荷CS_Q_S -1.60E-19, 1.60E-19, 1.60e-19, 1.60e-19, 1.60e-19, 2*0., ! 每种粒子的质量kgS_M_S 9.11E-31, 3.34E-27, 1.67e-27, 3.34E-27, 2.01e-26, 2*0., ! 径向网格点数S_NRHO_N 101,! 用于密度网格的归一化径向坐标ρ ∈ [0, 1] S_RHO_N_GRID 0.0000E00 1.0000E-02 2.0000E-02 3.0000E-02 4.0000E-025.0000E-02 6.0000E-02 7.0000E-02 8.0000E-02 9.0000E-021.0000E-01 1.1000E-01 1.2000E-01 1.3000E-01 1.4000E-011.5000E-01 1.6000E-01 1.7000E-01 1.8000E-01 1.9000E-012.0000E-01 2.1000E-01 2.2000E-01 2.3000E-01 2.4000E-012.5000E-01 2.6000E-01 2.7000E-01 2.8000E-01 2.9000E-013.0000E-01 3.1000E-01 3.2000E-01 3.3000E-01 3.4000E-013.5000E-01 3.6000E-01 3.7000E-01 3.8000E-01 3.9000E-014.0000E-01 4.1000E-01 4.2000E-01 4.3000E-01 4.4000E-014.5000E-01 4.6000E-01 4.7000E-01 4.8000E-01 4.9000E-015.0000E-01 5.1000E-01 5.2000E-01 5.3000E-01 5.4000E-015.5000E-01 5.6000E-01 5.7000E-01 5.8000E-01 5.9000E-016.0000E-01 6.1000E-01 6.2000E-01 6.3000E-01 6.4000E-016.5000E-01 6.6000E-01 6.7000E-01 6.8000E-01 6.9000E-017.0000E-01 7.1000E-01 7.2000E-01 7.3000E-01 7.4000E-017.5000E-01 7.6000E-01 7.7000E-01 7.8000E-01 7.9000E-018.0000E-01 8.1000E-01 8.2000E-01 8.3000E-01 8.4000E-018.5000E-01 8.6000E-01 8.7000E-01 8.8000E-01 8.9000E-019.0000E-01 9.1000E-01 9.2000E-01 9.3000E-01 9.4000E-019.5000E-01 9.6000E-01 9.7000E-01 9.8000E-01 9.9000E-011.0000E0080*0.,! 每种粒子的密度分布随 rho 变化! 篇幅因素下为简化写法S_N_S e_n_0, e_n_1, ..., e_n_100, 80*0., ! 电子d_n_0, d_n_1, ..., d_n_100, 80*0., ! 氘离子h_n_0, h_n_1, ..., h_n_100, 80*0., ! 氢离子bd_n_0, ..., bd_n_100, 80*0., ! 束流氘离子c_n_0, ..., c_n_100, 262*0., ! 碳离子! 在归一化半径ρ上的有效电荷Zeff分布! Zeff 是衡量等离子体中杂质含量的一个指标定义为$Z_{eff}\frac{\sum_{i}n_{i}Z_{i}^2}{\sum_{i}n_{i}Z_{i}}$! 高 Zeff 表示等离子体中含有较多高电荷数的杂质如碳、钨会影响波吸收和约束性能。! 在该案例中Zeff 从芯部约 1.9到边界逐渐下降至约 2.0 左右说明中心区域有较高杂质含量。S_ZEFF 1.9000E00 1.8992E00 1.8980E00 1.8963E00 1.8940E001.8909E00 1.8870E00 1.8822E00 1.8770E00 1.8718E001.8660E00 1.8593E00 1.8520E00 1.8446E00 1.8370E001.8291E00 1.8210E00 1.8126E00 1.8040E00 1.7952E001.7860E00 1.7764E00 1.7670E00 1.7580E00 1.7490E001.7394E00 1.7300E00 1.7214E00 1.7130E00 1.7040E001.6950E00 1.6867E00 1.6790E00 1.6714E00 1.6640E001.6568E00 1.6500E00 1.6438E00 1.6380E00 1.6323E001.6270E00 1.6222E00 1.6180E00 1.6142E00 1.6110E001.6084E00 1.6060E00 1.6037E00 1.6020E00 1.6012E001.6010E00 1.6009E00 1.6010E00 1.6017E00 1.6030E001.6049E00 1.6070E00 1.6090E00 1.6110E00 1.6133E001.6160E00 1.6190E00 1.6220E00 1.6250E00 1.6280E001.6311E00 1.6340E00 1.6365E00 1.6390E00 1.6420E001.6450E00 1.6472E00 1.6490E00 1.6506E00 1.6520E001.6531E00 1.6540E00 1.6546E00 1.6550E00 1.6551E001.6550E00 1.6546E00 1.6540E00 1.6533E00 1.6530E001.6536E00 1.6550E00 1.6573E00 1.6610E00 1.6667E001.6750E00 1.6863E00 1.7010E00 1.7200E00 1.7450E001.7778E00 1.8190E00 1.8697E00 1.9340E00 2.0165E002.1220E00 80*0.,! 该参数用于存储杂质粒子的质量kg。S_M_IMPURITY 181*0., !当前值全为 0可能表示没有显式定义杂质种类或者由其他输入文件如 NetCDF提供。若启用杂质建模这里应填入不同杂质种类的质量数组。! 温度剖面使用的径向点数101S_NRHO_T 101,! 温度分布的归一化径向坐标ρ ∈ [0, 1]S_RHO_T_GRID 0.0000E00 1.0000E-02 2.0000E-02 3.0000E-02 4.0000E-025.0000E-02 6.0000E-02 7.0000E-02 8.0000E-02 9.0000E-021.0000E-01 1.1000E-01 1.2000E-01 1.3000E-01 1.4000E-011.5000E-01 1.6000E-01 1.7000E-01 1.8000E-01 1.9000E-012.0000E-01 2.1000E-01 2.2000E-01 2.3000E-01 2.4000E-012.5000E-01 2.6000E-01 2.7000E-01 2.8000E-01 2.9000E-013.0000E-01 3.1000E-01 3.2000E-01 3.3000E-01 3.4000E-013.5000E-01 3.6000E-01 3.7000E-01 3.8000E-01 3.9000E-014.0000E-01 4.1000E-01 4.2000E-01 4.3000E-01 4.4000E-014.5000E-01 4.6000E-01 4.7000E-01 4.8000E-01 4.9000E-015.0000E-01 5.1000E-01 5.2000E-01 5.3000E-01 5.4000E-015.5000E-01 5.6000E-01 5.7000E-01 5.8000E-01 5.9000E-016.0000E-01 6.1000E-01 6.2000E-01 6.3000E-01 6.4000E-016.5000E-01 6.6000E-01 6.7000E-01 6.8000E-01 6.9000E-017.0000E-01 7.1000E-01 7.2000E-01 7.3000E-01 7.4000E-017.5000E-01 7.6000E-01 7.7000E-01 7.8000E-01 7.9000E-018.0000E-01 8.1000E-01 8.2000E-01 8.3000E-01 8.4000E-018.5000E-01 8.6000E-01 8.7000E-01 8.8000E-01 8.9000E-019.0000E-01 9.1000E-01 9.2000E-01 9.3000E-01 9.4000E-019.5000E-01 9.6000E-01 9.7000E-01 9.8000E-01 9.9000E-011.0000E0080*0., ! 注这里的 80*0. 是 Fortran 数组填充语法表示用 80 个 0 填充剩余空间。由于总长度为 181前面已经写了 101 个值所以补上 80 个零以满足数组长度要求。! 粒子温度分布随 ρ 变化! 篇幅因素下为简化写法! 在该案例中温度从芯部高向外逐渐降低电子温度从 ~5.7 eV 降到 ~0.2 eVS_T_S e_temp_0, e_temp_1, ..., e_temp_100,80*0., ! 电子温度d_temp_0, d_temp_1, ..., d_temp_100,80*0., ! 氘离子温度h_temp_0, h_temp_1, ..., h_temp_100,80*0., ! 氢离子温度bd_temp_0, ..., bd_temp_100,80*0., ! 束流氘离子温度c_temp_0, ..., c_temp_100,262*0. ! 碳离子温度/当前配置说明表
模块变量名当前值描述时间控制S_T0, S_T10., 0.模拟起始和结束时间单位秒几何设置S_R_AXIS, S_Z_AXIS0., 0.等离子体轴心的R,Z坐标S_R0_MACH, S_Z0_MACH0., 0.机器中心的R, Z坐标S_R_MIN, S_R_MAX0.88, 2.475径向范围R 方向单位米S_Z_MIN, S_Z_MAX-1.3, 1.3垂直方向范围Z 方向单位米粒子种类定义S_NSPEC2物理上存在的粒子种类数如电子 氘S_NSPEC_TH4 电子、氘离子、氢离子、束流氘离子包括热离子在内的总粒子种类数等离子体中主动参与波加热、碰撞、输运过程的粒子S_S_NAMEelectrons, deuterium, hydrogen, beam deuterons, carbon所有粒子种类名称列表S_Q_S-1.60E-19, 1.60E-19, ... , 2*0.7个值每种粒子的电荷单位CS_M_S9.11E-31, 3.34E-27, ... , 2*0.7个值每种粒子的质量单位kg密度分布S_NRHO_N101密度剖面对应的径向点数S_RHO_N_GRID181 个属于 [ 0 , 1 ] [0,1] [0,1] 的 ρ \rho ρ 值密度分布使用的归一化径向坐标数组S_N_S各粒子在不同 ρ ρ ρ 上的密度值共 101 * 5 个实际值 80*4 260 个填充 0.0 值每种粒子的密度分布随 ρ ρ ρ 变化单位m⁻³温度分布S_NRHO_T101温度剖面对应的径向点数S_RHO_T_GRID同 S_RHO_N_GRID101 个值 80 个填充 0.0 值温度分布使用的归一化径向坐标数组S_T_S各粒子在不同 ρ ρ ρ 上的温度值共 101 * 5 个实际值 80*4 260 个填充 0.0 值粒子温度分布随 ρ 变化单位eV 或 keV杂质信息S_ZEFF数组181 个值101 个值 80 个填充 0.0 值有效电荷 Z e f f Z_{eff} Zeff 分布反映等离子体中杂质含量S_M_IMPURITY181 个 0.0杂质粒子质量数组当前未启用或由外部提供
※ 补充说明 S_NSPEC_TH 4总粒子种类数为 4 但 S_S_NAME 列表有 5 个粒子名称多一个 C 离子 S_Q_S 和 S_M_S 各有 7 个值5 个值 2 个 0.0 值。 在 S_S_NAME 中碳离子通常是 杂质粒子可能用于计算辐射损失、杂志输运或有效电荷 Z e f f Z_{eff} Zeff但在波吸收/电流驱动等主要物理过程中它可能被忽略即它不一定直接参与主动力学过程因此不计入主粒子总数而对于S_Q_S 和 S_M_S 的 7 个值正好对应 5 个粒子 2 个填充 0
序号粒子种类电荷C质量kg1electrons-1.60E-199.11E-312deuterium1.60E-193.34E-273hydrogen1.60E-191.67E-274beam deuterons1.60E-193.34E-275carbon1.60E-192.01E-266未命名007未命名00
出现这种情况的原因是 固定数组大小便于 Fortran 内存管理兼容不同输入配置。使用 S_NSPEC_TH 控制实际使用的粒子数量可以动态切换模拟复杂度。 结论虽然 S_S_NAME 定义了 5 个粒子但只有前 4 个参与主要物理建模第 5 个碳 C用于辅助计算如 Z e f f Z_{eff} Zeff而 S_Q_S 和 S_M_S 的后 2 个位置是预留或填充。 Date: 2025.6.14 Author: zkinglin 完
