發(fā)布時(shí)間：2020-11-04 05:49

　　 科大一環(huán)KTX(Keda Torus eXperiment)是由中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)自主設(shè)計(jì)和建造的我國(guó)第一個(gè)用于開展反場(chǎng)箍縮(RFP)磁約束位形探索的大型實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。本文主要利用電路模型和RFP平衡與能量守恒原理分別對(duì)科大一環(huán)KTX進(jìn)行放電模擬研究。同時(shí)利用三維電阻-粘滯MHD程序NIMROD模擬研究KTX在柱位形下的MHD不穩(wěn)定性和準(zhǔn)單螺旋態(tài)(QSH)。首先,KTX環(huán)形等離子體的徑向平衡主要由成形場(chǎng)線圈提供的垂直場(chǎng)來維持。同時(shí),由于極向場(chǎng)線圈,被動(dòng)導(dǎo)體和等離子體之間的耦合效應(yīng),銅殼上感應(yīng)的渦流也影響等離子體的平衡。在不考慮被動(dòng)導(dǎo)體和平衡場(chǎng)線圈上輔助電源投入的情況下,建立了一個(gè)等效電路模型區(qū)分析平衡場(chǎng)線圈的動(dòng)態(tài)性能。在此基礎(chǔ)上,將穩(wěn)定銅殼考慮進(jìn)去,并結(jié)合雙C結(jié)構(gòu),即利用等離子體,極向場(chǎng)線圈與穩(wěn)定銅殼三者之間的耦合效應(yīng),進(jìn)一步分析了在KTX運(yùn)行過程中,被動(dòng)導(dǎo)體上感應(yīng)的渦流的時(shí)間空間分布及其產(chǎn)生的垂直場(chǎng)空間分布情況。結(jié)果表明,在KTX運(yùn)行的第一階段,主動(dòng)控制線圈和被動(dòng)導(dǎo)體上渦流能夠提供足夠的垂直場(chǎng)維持等離子體徑向平衡,之后由于殼上有限電阻造成渦流的衰減,要想維持等離子體平衡,需要在平衡場(chǎng)線圈上輔助電源來控制等離子體徑向平衡。其次,基于RFP的平衡磁場(chǎng)位形和能量守恒原理建立KTX的放電運(yùn)行模擬程序,再此基礎(chǔ)上估算在KTX裝置上實(shí)現(xiàn)PPCD驅(qū)動(dòng)所需的電源參數(shù)。模擬結(jié)果表明:由于KTX縱場(chǎng)線圈與穩(wěn)定殼之間真空區(qū)域的磁通消耗,以及被動(dòng)導(dǎo)體殼對(duì)縱向磁場(chǎng)的屏蔽效應(yīng),故在KTX縱場(chǎng)線圈上加載的PPCD脈沖電流信號(hào)的功率要比在MST裝置來的更大,相應(yīng)的對(duì)PPCD電源性能的要求也更加苛刻。RFP裝置如果在PPCD放電情況下,為了減小PPCD輔助電源的投入成本,在設(shè)計(jì)裝置時(shí)真空室要盡可能的薄,且縱場(chǎng)線圈要盡可能的靠近真空室。最后,聚焦于當(dāng)前RFP研究的熱點(diǎn)——準(zhǔn)單螺旋態(tài)(QSH),QSH態(tài)的出現(xiàn)減小了磁場(chǎng)漲落,提高了 RFP的約束性能,尤其是在SHAx態(tài)下形成的較寬的芯部熱島和電子溫度梯度壘。本章主要利用三維電阻-粘滯完整磁流體力學(xué)代碼NIMROD,探索在KTX柱幾何位形下出現(xiàn)QSH的可能性。分析了在有限比壓和有限電阻率下線性撕裂模的空間結(jié)構(gòu)和擾動(dòng)的基本特征。在Lundquist數(shù)S=5 × 104,經(jīng)過初始的MH態(tài)后,等離子體逐漸過渡到QSH態(tài)。線性與非線性模擬結(jié)果對(duì)比表明,準(zhǔn)單螺旋態(tài)的主�？赡苁怯蒻=1的線性內(nèi)部共振撕裂模的不穩(wěn)定性發(fā)展而來;同時(shí),發(fā)現(xiàn)了等離子比壓β可能影響QSH態(tài)出現(xiàn)和維持時(shí)間。在低β時(shí),QSH態(tài)間歇性的出現(xiàn),且無法維持;在高β時(shí),QSH的維持時(shí)間相對(duì)較長(zhǎng)。
【學(xué)位單位】：中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位年份】：2017
【中圖分類】：TL61
【部分圖文】：

其中裂變主要利用不穩(wěn)定超重金屬原子核在分裂過程中釋放出的能量；聚變是??在一定條件下利用氘和氘聚等輕核合成稍大質(zhì)量的原子核并釋放出的能量，當(dāng)??前主要處于實(shí)驗(yàn)研究階段。圖１．１給出了?Ｄ—Ｔ聚變反應(yīng)原理示意圖。除了?Ｄ－Ｔ??１??

向磁場(chǎng)反向，且與極向場(chǎng)大小相當(dāng)，造成其安全因子ｑ＜ｌ，其主要依靠等離子??體自身電流產(chǎn)生的極向磁場(chǎng)來約束等離子體。與托卡馬克裝置相比，它具有相??對(duì)較高的比壓值和較大的等離子體環(huán)向電流。圖１．３給出了?ＲＦＰ裝置中典型的??平衡磁場(chǎng)位形分布示意圖，從圖中清楚的看出其主要特點(diǎn)是環(huán)向磁場(chǎng)在靠近等??３??

７Ｊｎ〇??１肅??圖１．２?ＩＴＥＲ裝置模型示意圖??反場(chǎng)箍縮實(shí)驗(yàn)裝置（ＲＦＰ）在結(jié)構(gòu)上與托卡馬克類似，也是一個(gè)具有軸對(duì)稱??或近似軸對(duì)稱的環(huán)形磁約束實(shí)驗(yàn)裝置。它的主要特色在于：在等離子體邊界環(huán)??向磁場(chǎng)反向，且與極向場(chǎng)大小相當(dāng)，造成其安全因子ｑ＜ｌ，其主要依靠等離子??體自身電流產(chǎn)生的極向磁場(chǎng)來約束等離子體。與托卡馬克裝置相比，它具有相??對(duì)較高的比壓值和較大的等離子體環(huán)向電流。圖１．３給出了?ＲＦＰ裝置中典型的??平衡磁場(chǎng)位形分布示意圖，從圖中清楚的看出其主要特點(diǎn)是環(huán)向磁場(chǎng)在靠近等??３??
【參考文獻(xiàn)】

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1 羅兵;羅正平;肖炳甲;尤瑋;譚名昇;郭勇;白偉;毛文哲;李弘;劉阿娣;蘭濤;謝錦林;劉萬東;;Capability Assessment of the Equilibrium Field System in KTX[J];Plasma Science and Technology;2016年01期

2 萬元熙;李建剛;翁佩德;;First Engineering Commissioning of EAST Tokamak[J];Plasma Science and Technology;2006年03期

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1 黃文龍;共振磁擾動(dòng)作用下電阻撕裂模及響應(yīng)的理論計(jì)算研究[D];中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué);2016年

2 毛文哲;KTX裝置的概念設(shè)計(jì)和RFP電流啟動(dòng)階段的實(shí)驗(yàn)研究[D];中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué);2015年

本文編號(hào)：2869712