【摘要】：人類的生存和發(fā)展離不開(kāi)能源。但地球上現(xiàn)有的煤炭、石油等化石能源日益枯竭,核裂變能存在著核廢料處理困難運(yùn)行存在潛在安全等問(wèn)題,因此亟需開(kāi)發(fā)新能源。磁約束核聚變具有原料儲(chǔ)量豐富、反應(yīng)可控、清潔無(wú)污染等優(yōu)點(diǎn),日益引起人們的重視,被認(rèn)為是解決人類能源問(wèn)題的終極方案。但要實(shí)現(xiàn)可控核聚變?nèi)藗兠媾R著諸多挑戰(zhàn),隨著等離子體參數(shù)的提高,放電時(shí)間的增長(zhǎng),托卡馬克中等離子體與面壁相互作用問(wèn)題日益嚴(yán)重,找尋合適的壁材料以及合理的壁處理方法是實(shí)現(xiàn)聚變的關(guān)鍵。近年來(lái)研究發(fā)現(xiàn)鋰作為聚變材料具有諸多潛在優(yōu)勢(shì)。許多實(shí)驗(yàn)表明通過(guò)引入鋰可以有效降低芯部雜質(zhì)濃度,延長(zhǎng)等離子體約束時(shí)間,有效降低ELMs,減小偏濾器靶板處的能流。特別是最近在EAST上還發(fā)現(xiàn)注入鋰粉可獲得長(zhǎng)脈沖新型穩(wěn)態(tài)高約束模式。盡管大量實(shí)驗(yàn)均表明經(jīng)過(guò)鋰壁處理的托卡馬克裝置具有諸多優(yōu)點(diǎn),但關(guān)于鋰雜質(zhì)是如何在邊緣等離子體中輸運(yùn),鋰雜質(zhì)和背景等離子體是如何相互作用的,這其中的物理機(jī)制仍不清楚。因此,迫切需要開(kāi)展鋰雜質(zhì)在邊緣等離子體中的輸運(yùn),以及對(duì)背景等離子體作用的研究。本文基于大型邊緣等離子體流體模擬程序BOUT++開(kāi)發(fā)鋰雜質(zhì)輸運(yùn)模塊,利用該模塊模擬在EAST放電過(guò)程中從上偏濾器位置實(shí)時(shí)注入鋰粉,模擬鋰雜質(zhì)在邊緣等離子體中的輸運(yùn)以及與背景等離子體相互作用。在第一章中主要介紹了與本文相關(guān)的物理背景和現(xiàn)實(shí)意義,并引出了開(kāi)展本項(xiàng)工作的重要性,重點(diǎn)闡述了鋰作為一種聚變材料已經(jīng)實(shí)現(xiàn)的廣泛應(yīng)用和潛在應(yīng)用。第二章介紹了本工作所采用的物理模型和設(shè)置的邊界條件,介紹了本次模擬所考慮的粒子種類和粒子間的碰撞反應(yīng),給出了具體支配方程,并詳細(xì)介紹此次模擬中考慮的邊界條件。第三章給出了模擬工作的相關(guān)結(jié)果。針對(duì)具體實(shí)驗(yàn)參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)注入鋰粉模擬,展示了鋰雜質(zhì)的輸運(yùn)過(guò)程,鋰離子的徑向分布、極向分布,以及與背景等離子體的相互作用。最后比較了模擬結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果。模擬結(jié)果表明：在鋰粉注入過(guò)程中,鋰原子迅速電離生成鋰離子,產(chǎn)生的鋰離子主要在托卡馬克邊緣區(qū)域聚集,并隨時(shí)間沿極向緩慢擴(kuò)散。從中平面位置注入鋰粉,鋰離子能夠進(jìn)入到較深的區(qū)域。同時(shí)本文討論了在鋰粉注入過(guò)程中鋰離子與背景等離子體的相互作用,給出了背景等離子體的密度分布,其中兩者的碰撞摩擦力起到了主要作用。最后對(duì)比實(shí)驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn)定性符合,驗(yàn)證了模擬的可靠性。
【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】：2016
【分類號(hào)】：TL631.24;O53

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本文編號(hào)：2700096