球形托卡馬克由于其獨特的位形特點具有天然的磁流體力學(xué)（MHD）穩(wěn)定性,較少發(fā)生大破裂,取而代之的是較溫和的內(nèi)部磁重聯(lián)事件（IRE）等小破裂行為。對這些MHD行為的研究對于理解破裂機制,在未來聚變裝置中避免出現(xiàn)大破裂具有重要的科學(xué)意義和實際價值。本論文對SUNIST球形托卡馬克放電中的IRE和小破裂過程中的MHD行為特性進行了較系統(tǒng)的研究,探討了IRE和小破裂發(fā)生的物理機制,并首次發(fā)現(xiàn)了小破裂過程產(chǎn)生的逃逸電子激勵環(huán)形阿爾芬本征模（TAE）的現(xiàn)象。本文首先設(shè)計和安裝了一套工作頻率可達2 MHz的高頻磁診斷系統(tǒng)。用集總電路模型和傳輸線模型精確標定了高頻磁探針的頻率響應(yīng),為后面開展高頻MHD行為研究提供了重要的基礎(chǔ)。論文發(fā)展了相關(guān)的數(shù)據(jù)處理方法,如改進的希爾伯特-黃變換時頻分析等,有助于準確分析高頻磁擾動信號的頻率、模數(shù)等特征。本文分析了IRE發(fā)生前后過程MHD行為演化過程。在先兆過程線性階段n=-1的模快速增長;在先兆過程非線性階段n=-1的模增長變緩逐步飽和,同時m/n=-3/-1和m/n=-6/-2的模發(fā)生非線性耦合,這驗證了其他人的模擬結(jié)果;在電流上升階段主要模數(shù)為m/n=-4/-1... 

【文章來源】：清華大學(xué)北京市 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：139 頁

【學(xué)位級別】：博士

【文章目錄】：
摘要
Abstract
第1章 引言
    1.1 托卡馬克中磁流體力學(xué)不穩(wěn)定性研究
    1.2 球形托卡馬克磁流體力學(xué)不穩(wěn)定性研究
        1.2.1 內(nèi)部磁重聯(lián)事件
        1.2.2 小破裂
        1.2.3 高能粒子不穩(wěn)定性
    1.3 SUNIST球形托卡馬克
    1.4 課題意義
    1.5 論文內(nèi)容和結(jié)構(gòu)
第2章 高頻磁診斷系統(tǒng)的設(shè)計、安裝與標定
    2.1 磁探針原理和等效電路
    2.2 高頻磁診斷系統(tǒng)的的設(shè)計與安裝
        2.2.1 環(huán)向陣列和極向陣列
        2.2.2 徑向可移動陣列
        2.2.3 電流密度徑向分布測量
    2.3 高頻磁診斷系統(tǒng)的標定
        2.3.1 面積標定
        2.3.2 頻率響應(yīng)標定
    2.4 其他相關(guān)診斷簡介
        2.4.1 硬X射線診斷
        2.4.2 干涉儀
        2.4.3 多普勒展寬測離子溫度
    2.5 小結(jié)
第3章 數(shù)據(jù)處理方法
    3.1 傅里葉頻譜分析
    3.2 常用的時頻分析工具
        3.2.1 短時傅里葉變換
        3.2.2 小波變換
        3.2.3 喬伊-威廉姆斯分布
        3.2.4 希爾伯特-黃變換
    3.3 改進的希爾伯特-黃變換
        3.3.1 希爾伯特-黃變換存在的問題
        3.3.2 改進的HHT方法
        3.3.3 時頻分析方法的比較
    3.4 雙譜分析
        3.4.1 傅里葉雙譜
        3.4.2 小波雙譜
    3.5 模式分析
        3.5.1 相位比對法
        3.5.2 相關(guān)分析
        3.5.3 奇異值分解
    3.6 歐拉視頻放大
    3.7 小結(jié)
第4章 內(nèi)部磁重聯(lián)事件研究
    4.1 IRE典型放電波形
    4.2 電流上升段MHD行為
        4.2.1 時頻分析
        4.2.2 模數(shù)分析
    4.3 IRE過程MHD行為研究
        4.3.1 IRE先兆信號
        4.3.2 IRE電流上升過程高頻磁擾動信號
    4.4 IRE分類和參數(shù)統(tǒng)計
    4.5 IRE物理機制探討
        4.5.1 SUNIST裝置上IRE觸發(fā)機制探討
        4.5.2 IRE過程電流密度分布變化
        4.5.3 IRE過程電流恢復(fù)
    4.6 小結(jié)
第5章 小破裂過程高頻磁擾動行為研究
    5.1 小破裂先兆行為研究
    5.2 高頻磁擾動的模式特征
        5.2.1 頻率特征
        5.2.2 非線性耦合
        5.2.3 模數(shù)分析
        5.2.4 極向模結(jié)構(gòu)
        5.2.5 增長/阻尼率測量
    5.3 模式識別
        5.3.1 TAE模式識別
        5.3.2 TAE連續(xù)譜和模結(jié)構(gòu)計算
        5.3.3 TAE阻尼率
    5.4 激勵機制
        5.4.1 SUNIST逃逸電子初步研究
        5.4.2 TAE激勵機制探討
        5.4.3 逃逸電子激勵TAE的可能應(yīng)用
    5.5 小結(jié)
第6章 結(jié)論和展望
    6.1 論文主要結(jié)果
    6.2 論文存在的不足和后續(xù)工作展望
        6.2.1 IRE和小破裂的進一步研究
        6.2.2 阿爾芬本征模主動激勵及其衰減率測量
參考文獻
致謝
附錄A SUNIST高頻磁診斷系統(tǒng)頻率響應(yīng)標定結(jié)果
附錄B 高頻磁探針傳輸線模型
    B.1 單段傳輸線模型
    B.2 雙段傳輸線模型
    B.3 單段與雙段傳輸線模型計算結(jié)果
個人簡歷、在學(xué)期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文與研究成果


【參考文獻】：
期刊論文
[1]Observation of MHD Instabilities Driven by Energetic Electrons in the Large Helical Device[J]. Mitsutaka ISOBE,Kunihiro OGAWA,Akihiro SHIMIZU,Masaki OSAKABE,Shin KUBO,K.TOI,the LHD Experiment Group.  Plasma Science and Technology. 2015(04)
[2]Investigation of Some MHD Events in the SUNIST Spherical Tokamak[J]. 曾龍,高喆,譚熠,王文浩,謝會喬,解麗風(fēng),馮春華,劉健,王龍,楊宣宗,吳彥斌,鐘方川,高翔.  Plasma Science and Technology. 2011(04)
[3]A Research Program of Spherical Tokamak in China[J]. 何也熙.  Plasma Science & Technology. 2002(04)
[4]用赫姆霍茨線圈校準磁探針[J]. 王貴義,王世忠,沈君鑒.  電測與儀表. 1982(03)

博士論文
[1]SUNIST等離子體電子溫度與密度的原子發(fā)射光譜診斷[D]. 謝會喬.清華大學(xué) 2014
[2]SUNIST球形托卡馬克磁流體力學(xué)平衡反演和不穩(wěn)定性研究[D]. 曾龍.清華大學(xué) 2010



本文編號：3385099