【摘要】：托卡馬克中等離子體對(duì)三維磁場(chǎng)響應(yīng)是聚變研究中非常重要的研究課題,包括利用共振磁擾動(dòng)場(chǎng)控制邊緣局域模、誤差場(chǎng)修正、等離子體流阻尼、高壓強(qiáng)等離子體中共振場(chǎng)的放大、電阻壁模的主動(dòng)控制和其它磁流體不穩(wěn)定性。研究已經(jīng)證實(shí),即使比背景(平衡)磁場(chǎng)小3-4個(gè)量級(jí)的外加三維場(chǎng),仍可以對(duì)二維軸對(duì)稱托卡馬克等離子體的穩(wěn)定和約束造成重要的影響,三維擾動(dòng)場(chǎng)可以通過(guò)放大自已,來(lái)控制不同的不穩(wěn)定性。近些年的研究已經(jīng)證實(shí)Type-Ⅰ邊緣局域模會(huì)對(duì)未來(lái)托卡馬克裝置中的壁材料造成重大威脅,ITER裝置上現(xiàn)有的壁材料和偏濾器材料只能承受邊緣局域模爆發(fā)過(guò)程中20%的熱負(fù)荷,因此控制邊緣局域模是聚變領(lǐng)域中非常重要的研究課題。目前為止,外加共振磁擾動(dòng)場(chǎng)是最簡(jiǎn)單、最有效的方法,可以很好地控制邊緣局域模。在DⅢ-D、JET、MAST、ASDEX Upgrade、KSTAR、EAST等托卡馬克裝置中利用共振磁擾動(dòng)技術(shù)可以很好地緩解和/或抑制邊緣局域模,但是由于涉及的物理機(jī)制比較復(fù)雜,抑制邊緣局域模的最終原因和必要條件仍是開(kāi)放的問(wèn)題。在建造和運(yùn)行托卡馬克的過(guò)程中不可避免地存在非軸對(duì)稱磁擾動(dòng)場(chǎng),尤其是環(huán)向模數(shù)n=1的誤差場(chǎng)可以引起鎖模,甚至?xí)斐傻入x子體大破裂,所以利用外加磁擾動(dòng)場(chǎng)修正誤差場(chǎng)是聚變領(lǐng)域中非常重要的研究課題。在DⅢ-D、JET、MAST、EAST、KSTAR等裝置中已經(jīng)開(kāi)展了誤差場(chǎng)修正的實(shí)驗(yàn)。但是由于誤差場(chǎng)修正的理論研究需要全環(huán)位型,這樣才能為托卡馬克裝置提供更好的誤差場(chǎng)修正建議,所以理論上并沒(méi)有得到很好的發(fā)展。利用外加磁擾動(dòng)控制邊緣局域模和修正誤差場(chǎng)是很重要的研究課題。所以本文數(shù)值模擬與實(shí)驗(yàn)相結(jié)合,深入地分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果,并解釋其中的物理機(jī)制。緒論部分主要介紹了不同種類的聚變裝置,邊緣局域模、利用共振磁擾動(dòng)場(chǎng)控制邊緣局域模和誤差場(chǎng)修正的研究進(jìn)展。第二章簡(jiǎn)要介紹了 MARS程序及其模型,該程序包含MARS-F、MARS-K和MARS-Q三個(gè)版本。介紹了如何利用MARS程序數(shù)值模擬環(huán)位型下等離子體對(duì)外加磁擾動(dòng)的響應(yīng)。第三章利用MARS-F程序?qū)Ⅲ-D中等離子體對(duì)n=2偶線圈結(jié)構(gòu)下的共振磁擾動(dòng)場(chǎng)響應(yīng)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行數(shù)值研究,利用線性等離子體響應(yīng)模型,分別為電阻、旋轉(zhuǎn)等離子體響應(yīng)模型和理想、靜態(tài)等離子體響應(yīng)模型,該工作的研究目的是理解邊界安全因子對(duì)等離子體響應(yīng)的影響。不管是利用電阻、旋轉(zhuǎn)等離子體響應(yīng)模型還是理想、靜態(tài)等離子體響應(yīng)模型,在(q95,qa)空間中,低場(chǎng)區(qū)、高場(chǎng)區(qū)-A和高場(chǎng)區(qū)-B處的極向場(chǎng)都會(huì)出現(xiàn)等離子體響應(yīng)的跳變。同時(shí)也觀察到,利用電阻、旋轉(zhuǎn)等離子體響應(yīng)模型得到的跳變會(huì)更加明顯。大的響應(yīng)場(chǎng)和X點(diǎn)擾動(dòng)位移與邊緣剝離響應(yīng)有關(guān),邊緣剝離響應(yīng)也是產(chǎn)生跳變的原因。第四章利用MARS-F程序?qū)AST中等離子體對(duì)三維共振磁擾動(dòng)場(chǎng)響應(yīng)實(shí)驗(yàn)的數(shù)值研究。在考慮等離子體響應(yīng)時(shí),數(shù)值模擬得到的最優(yōu)線圈相位差與EAST中緩解和抑制邊緣局域模的相位差一致。MARS-F模型中最外層有理面處擾動(dòng)磁場(chǎng)和X點(diǎn)擾動(dòng)位移的判定方法,既適用于邊緣局域模的緩解,也適用于邊緣局域模的抑制。第五章利用MARS-F程序?qū)AST中誤差場(chǎng)修正實(shí)驗(yàn)進(jìn)行數(shù)值研究�；谑拐麄�(gè)等離子體區(qū)域電磁矩最小的誤差場(chǎng)修正判定方法,給定的n=1固有真空誤差場(chǎng)包含多個(gè)極向諧波時(shí),利用羅盤掃描法計(jì)算預(yù)測(cè)的2/1誤差場(chǎng)可以同時(shí)與實(shí)驗(yàn)中的奇、偶修正線圈結(jié)構(gòu)下羅盤掃描法的結(jié)果一致。而且羅盤掃描法預(yù)測(cè)的真空誤差場(chǎng)與MARS-F程序中給定的誤差場(chǎng)不同,該結(jié)果對(duì)誤差場(chǎng)修正實(shí)驗(yàn)和利用羅盤掃描法確定固有誤差場(chǎng)的方法有了進(jìn)一步的理解。最后,對(duì)現(xiàn)有工作進(jìn)行總結(jié),并對(duì)下一步的工作進(jìn)行展望。
【學(xué)位授予單位】：大連理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TL631.24
【圖文】：

１．２．１磁鏡逡逑磁鏡作為加速宇宙射線的機(jī)制而提出，一對(duì)線圈的非均勻磁場(chǎng)會(huì)形成兩個(gè)磁鏡，由逡逑于磁矩不變性，兩個(gè)磁鏡之間可以捕捉等離子體（如圖１．１所示），但是并不能完全約束逡逑等離子體，位于泄漏錐中的粒子則不受約束，該約束與碰撞率有關(guān)，電子相對(duì)于離子有逡逑更高的碰撞率，則電子更易于損失。磁鏡的優(yōu)點(diǎn)也有很多，如：設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單、可以得到更逡逑大的Ｑ值（聚變?cè)鲆嬉蜃樱�、可以穩(wěn)態(tài)運(yùn)行、不會(huì)發(fā)生大破裂等。２０１４年，由中國(guó)科學(xué)逡逑技術(shù)大學(xué)孫玄教授組建的中國(guó)最大串節(jié)磁鏡裝置ＫＭＡＸ己成功放電，該裝置長(zhǎng)為９．６邋ｍ，逡逑真空室內(nèi)徑為１．２邋ｍ，磁喉處內(nèi)徑為０．３邋ｍ，磁喉處的最大磁場(chǎng)為３．２邋ｋＧ，最好的真空條逡逑件可達(dá)到１．２ｘｌ0＿５邋Ｐａ。近期，利用真空室的縮線圈形成場(chǎng)剪切結(jié)構(gòu)，等離子體密逡逑度達(dá)到３ｘｌ0１８ｍ＿３，總溫度約為１００ｅＶ，放電可持續(xù)３００叩［１］。２０１５年，俄羅斯ＧＤＴ逡逑裝置（如圖１．２所示）中

１．２．３環(huán)裝置逡逑１、多極器：與下面介紹的托卡馬克和仿星器不同，多極器的磁場(chǎng)主要或完全在角逡逑向。在等離子體內(nèi)安裝載流導(dǎo)線用于形成平均磁阱，使等離子體達(dá)到平衡和穩(wěn)定。圖１．３逡逑是美國(guó)通用原子公司八極器裝置的磁力線示意圖，四個(gè)導(dǎo)體環(huán)是由穿過(guò)等離子體的小金逡逑３逡逑

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前1條

1 潘傳紅;;國(guó)際熱核實(shí)驗(yàn)反應(yīng)堆(ITER)計(jì)劃與未來(lái)核聚變能源[J];物理;2010年06期

本文編號(hào)：2715975