磁約束核聚變是目前可控核聚變實驗研究中的最熱門的領(lǐng)域，有望通過和平利用聚變核能來為人類未來提供不竭和干凈的能源。目前的研究認為，托卡馬克是最有發(fā)展前景的一種環(huán)形的磁約束聚變裝置。備受矚目的ITER計劃就將建造托卡馬克型實驗堆以實現(xiàn)可持續(xù)放電，研究聚變反應(yīng)堆的工程及物理問題。 在托卡馬克裝置中用于約束等離子體的磁場可分為平衡磁場和擾動磁場兩部分。二維的平衡磁場由螺旋形的磁力線繞嵌套的環(huán)面構(gòu)成，而擾動磁場則有來自裝置建造中產(chǎn)生的誤差，周圍各種系統(tǒng)和導(dǎo)線產(chǎn)生的雜散場以及專門用于產(chǎn)生擾動磁場的線圈的貢獻。共振擾動線圈常用于產(chǎn)生徑向的擾動磁場，是托卡馬克中用于磁流體力學(xué)不穩(wěn)定性主動控制最有效的手段之一，尤其是在邊界局域模抑制的實驗研究中，已經(jīng)取得了較好的效果。 本文的工作基于中國科學(xué)院等離子體物理研究所的托卡馬克裝置EAST開展。利用磁力線追蹤的方法，開發(fā)了用于模擬托卡馬克裝置中真空場下三維磁場拓撲結(jié)構(gòu)的程序TOP2D。對托卡馬克中三維磁場的模擬結(jié)果顯示，共振擾動磁場會使共振磁面上形成磁島，靠近磁分界面上相互重疊的磁島鏈產(chǎn)生了隨機磁場區(qū)域。磁分界面本身也會因磁場擾動產(chǎn)生扭曲和分裂，與偏濾器靶板相連的位置不再是固定的單個條紋，而是分裂成多條紋的結(jié)構(gòu)。隨機磁場區(qū)域中的磁力線能夠因此與面向等離子體的第一壁相連，在偏濾器靶板上，磁力線的打擊點分布形成了螺旋條紋狀的圖案，常被稱作磁力線打擊點分裂形成的磁足跡圖。利用TOP2D程序的模擬結(jié)果，本文分析了不同擾動場下擾動譜型的共振性與邊界隨機磁場寬度及靶板上磁力線打擊點分裂程度的關(guān)系，說明了擾動譜型對三維磁場拓撲結(jié)構(gòu)的重要作用。 2014年EAST上開展的共振磁場擾動實驗驗證了共振磁場擾動下三維磁場拓撲結(jié)構(gòu)的形成。本文對實際實驗設(shè)置的模擬結(jié)果與一些實驗診斷系統(tǒng)如CCD相機、偏濾器探針等的數(shù)據(jù)進行了定性的比較分析，說明了數(shù)值模擬對實驗結(jié)果有可比較和參考的意義。在將來的實驗中，模擬結(jié)果可以為實驗提供更好的參考，并能夠結(jié)合實驗數(shù)據(jù)為理解邊界的輸運過程，控制磁流體不穩(wěn)定提供更多物理分析和理解。EAST裝置上開展的共振磁場擾動實驗也將為未來的ITER計劃提供可靠的參考數(shù)據(jù)和技術(shù)積累。
【學(xué)位單位】：東華大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2015
【中圖分類】：TL631.24
【部分圖文】：

圖 1 托卡馬克基本結(jié)構(gòu)示意圖[3]上世紀(jì) 50 年代以來經(jīng)過半個多世紀(jì)，對可控核聚變開展研究的國磁約束核聚變當(dāng)中包含了極其復(fù)雜的物理、工程等問題，不是任何完全憑借自己的力量來解決的，必須在國際間開展科技合作來尋求

零位形（Upper/LowerSingleNull,USN&LSN）的等離加熱系統(tǒng)的加入，EAST 在環(huán)向提供了 16 個診斷和至 P 標(biāo)記，如圖 2 中的 EAST 窗口俯視圖所示。本文向的 0 度定位于 P 窗口與 A 窗口之間的中線位置，為環(huán)向φ的正方向，取值范圍為[0,2π)。

EAST裝置簡圖及RMP線圈位置示意圖

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本文編號：2823185