【摘要】：先進(jìn)托卡馬克裝置,能夠長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)態(tài)運(yùn)行,這對(duì)未來(lái)聚變反應(yīng)堆具有積極的意義。而托卡馬克裝置中有很多能夠影響其穩(wěn)態(tài)運(yùn)行的磁流體不穩(wěn)定模式,其中外扭曲模是最危險(xiǎn)的磁流體不穩(wěn)定模式之一,能夠極大地限制裝置的穩(wěn)態(tài)運(yùn)行。理論和實(shí)驗(yàn)研究表明,用理想導(dǎo)體壁將托卡馬克中的等離子體包圍,當(dāng)理想導(dǎo)體壁充分靠近等離子體時(shí),可以完全穩(wěn)定住外扭曲模。但是,完全理想的導(dǎo)體壁并不存在,實(shí)際應(yīng)用的導(dǎo)體壁或多或少都會(huì)有電阻。這種帶有電阻的導(dǎo)體壁被稱為電阻壁。托卡馬克中等離子體被足夠靠近它的電阻壁包圍時(shí),快速增長(zhǎng)的外扭曲模就轉(zhuǎn)換為增長(zhǎng)較慢的另一種磁流體不穩(wěn)定性。這種新的磁流體不穩(wěn)定性跟包圍等離子體的導(dǎo)體壁電阻有關(guān),因此被稱為電阻壁模。所以在先進(jìn)的托卡馬克中,抑制電阻壁模是一個(gè)非常重要的物理問(wèn)題。 解析方法和數(shù)值方法研究表明,較強(qiáng)的等離子體旋轉(zhuǎn)和粘滯能夠穩(wěn)定電阻壁模。在許多理論研究中,所采用的幾何模型中外導(dǎo)體壁形狀都類似于內(nèi)部等離子體邊界的形狀。而HL-2A托卡馬克裝置中,等離子體邊界的形狀是圓形,導(dǎo)體壁為多邊形。這種托卡馬克裝置中,導(dǎo)體壁對(duì)于外扭曲模和電阻壁模的抑制作用還沒(méi)有被研究。在本文中,我們針對(duì)HL-2A托卡馬克裝置來(lái)研究其多邊形導(dǎo)體壁對(duì)于外扭曲模和電阻壁模的影響。 本文采用本征值方法來(lái)研究磁流體不穩(wěn)定性,數(shù)值求解本征函數(shù)和本征值。在本文的第二章,給出了HL-2A托卡馬克裝置的幾何模型和研究所用的物理模型；針對(duì)一組平衡電流剖面,用CHEASE程序計(jì)算相應(yīng)的平衡位形。在不同的平衡位形下,用MARS程序計(jì)算外扭曲模的增長(zhǎng)率,確定理想壁對(duì)外扭曲模作用的臨界位置。第三章基于得到的平衡位形,研究等離子體旋轉(zhuǎn)對(duì)于外扭曲模和電阻壁模的穩(wěn)定作用。第四章研究等離子體平行粘滯力對(duì)于外扭曲模和電阻壁模的穩(wěn)定作用。 結(jié)果表明,平衡電流密度剖面的中心越平緩,HL-2A托卡馬克裝置中外扭曲模的增長(zhǎng)率越��；外扭曲模的實(shí)頻率和等離子體旋轉(zhuǎn)頻率幾乎相同；對(duì)電阻壁模而言,不論等離子體的旋轉(zhuǎn)如何變化,它的實(shí)頻率都很小而且?guī)缀醪话l(fā)生變化；等離子體旋轉(zhuǎn)和等離子體粘滯共同作用能夠完全抑制外扭曲模和電阻壁模；對(duì)于一定的等離子體粘滯,可以得到形成穩(wěn)定窗的等離子體旋轉(zhuǎn)閾值,當(dāng)?shù)入x子體粘滯增加時(shí),等離子體旋轉(zhuǎn)閾值降低。
【圖文】：

就需要強(qiáng)大的加熱方法，二是在如此高溫度條件下，任何材料都難以承受，因過(guò)磁約束高溫等離子體解決這一難題。磁約束聚變主要是通過(guò)磁場(chǎng)對(duì)帶電粒子用來(lái)約束等離子體：一是帶電粒子在磁場(chǎng)中所受的洛企茲力，把帶電粒子約束周圍；二是磁場(chǎng)對(duì)等離子體束的磁壓力，磁壓力是由于磁場(chǎng)不均勻，使等離子向內(nèi)部的力，磁壓力能夠有效的抵消熱壓力；三是等離子體流受到來(lái)自磁場(chǎng)的這一力的作用使等離子體流在徑向被約束。設(shè)計(jì)磁場(chǎng)位形，充分利用磁場(chǎng)的這來(lái)約束高溫等離子體。約束裝置的種類包括[2]:仿星器、球馬克、Z箍縮、反場(chǎng)鏡等等。然而經(jīng)過(guò)大量研究表明，環(huán)型磁約束位形能夠建造聚變反應(yīng)堆的可能目前為止環(huán)形磁約束位形主要是托卡馬克裝置。托卡馬克的基本概念托卡馬克裝置圖1. 1所示，托卡馬克裝置主要是由產(chǎn)生磁場(chǎng)的各種線圈和環(huán)形真空室組成。包括三種線圈：極向場(chǎng)線圈，，環(huán)向場(chǎng)線圈和歐姆線圈。其中磁場(chǎng)包括環(huán)形磁場(chǎng)場(chǎng)。環(huán)向磁場(chǎng)是由環(huán)向磁場(chǎng)線圈產(chǎn)生的沿大環(huán)方向磁場(chǎng)，極向磁場(chǎng)是由外極向

HL-2A托I：?馬克中電阻壁模的數(shù)值研究各種托卡馬克裝置中，等離子體的環(huán)向截面有圓形和非圓形。非圓截面是把圓離子體沿著大環(huán)主軸方向拉長(zhǎng)，使等離子體形狀發(fā)生變化，如橢圓形、D形等1.3所示，其中環(huán)徑比J = a為小半徑，R為大半徑，拉長(zhǎng)比以及= 實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，這種位形能夠提高等離子體的溫度和磁約束效率，核聚變的開(kāi)發(fā)和研究的步伐。全世界許多的國(guó)家都在運(yùn)行托卡馬克裝置，、JT-60U、TS、JET、HL-2A 和 EAST 等等托卡馬克裝置，其中 HL-2A 和 EA自主研發(fā)的托卡馬克裝置。還有世界上最著名的ITER裝置，它是具有托卡馬國(guó)際熱核反應(yīng)堆，如圖1.4所示是ITER裝置示意圖。它是由俄羅斯、美國(guó)、國(guó)、日本、韓國(guó)以及印度這七國(guó)共同開(kāi)發(fā)研究并建造的，經(jīng)過(guò)七國(guó)的討論研究TER反應(yīng)堆建在法國(guó)。
【學(xué)位授予單位】：大連理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號(hào)】：TL631.24

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前1條

1 李莉;劉悅;許欣洋;夏新念;;The Effect of Equilibrium Current Profiles on MHD Instabilities in Tokamaks[J];Plasma Science and Technology;2012年01期

本文編號(hào)：2669320