【摘要】：磁約束聚變是將來有望解決人類能源問題的重要途徑之一,其中托卡馬克裝置是目前研究最多、同時(shí)最有希望實(shí)現(xiàn)磁約束聚變的裝置。然而,托卡馬克等離子體破裂幾乎是不可避免的災(zāi)難性事件。等離子體破裂的危害之一是產(chǎn)生大量的高能逃逸電子,如果不加控制,這些高能的逃逸電子最終將打到裝置第一壁上,對(duì)裝置安全運(yùn)行造成嚴(yán)重威脅,因此,對(duì)逃逸電子的產(chǎn)生過程進(jìn)行深入的理論研究,找到切實(shí)可行的緩解方案具有重要的意義。電子能否逃逸取決于其速度空間結(jié)構(gòu),當(dāng)電子速度超過熱速度時(shí),碰撞摩擦力隨電子速度的增加而減小,此時(shí)如果電子受到的電場(chǎng)加速力能夠克服摩擦阻力就可以被持續(xù)加速而發(fā)生逃逸。在電磁場(chǎng)中,電子的同步輻射隨電子速度的增加而增強(qiáng),所以逃逸電子能量還會(huì)受到同步輻射的限制,從而不能無限加速。此外,逃逸電子運(yùn)動(dòng)軌跡受到坐標(biāo)空間的制約,其輸運(yùn)特性決定著逃逸電子的“存活”時(shí)間,而磁漲落是影響逃逸電子輸運(yùn)的重要機(jī)制。因此,我們重點(diǎn)研究了同步輻射與隨機(jī)磁漲落對(duì)逃逸電子產(chǎn)生過程的影響。等離子體的統(tǒng)計(jì)描述方法是解決等離子體相關(guān)問題的有力工具,根據(jù)逃逸電子產(chǎn)生的子過程的不同特征時(shí)間尺度,我們應(yīng)用時(shí)間尺度分離的方法求解了包含同步輻射與隨機(jī)磁漲落的回旋動(dòng)理學(xué)相對(duì)論性�？�-普朗克方程。研究發(fā)現(xiàn),一個(gè)電子能否最終發(fā)生逃逸與其加速率和擴(kuò)散速率緊密相關(guān)。只有電子的加速率快于其擴(kuò)散率時(shí)電子才能發(fā)生逃逸。由加速率與擴(kuò)散率的平衡我們得到了逃逸電子被維持的電場(chǎng),該電場(chǎng)值是隨機(jī)磁漲落水平的正相關(guān)函數(shù)。在給定的磁漲落水平下,實(shí)際電場(chǎng)值小于該維持電場(chǎng)時(shí)所有初始產(chǎn)生的快電子都將因加速率小于擴(kuò)散率而損失,從而沒有逃逸電子的產(chǎn)生;只有實(shí)際電場(chǎng)值高于該維持電場(chǎng)值時(shí)才會(huì)有有限的電子成為逃逸電子。同時(shí)發(fā)現(xiàn)電子的最小逃逸動(dòng)量對(duì)磁漲落的變化極其敏感,能量極限受磁漲落的影響不大。另外,要發(fā)生逃逸電子的雪崩增長(zhǎng),逃逸電子僅僅被維持是不夠的,電子需要從電場(chǎng)中獲得更大的加速力。與僅考慮同步輻射的情況相比,同時(shí)考慮同步輻射及磁漲落對(duì)逃逸電子雪崩過程的影響后發(fā)現(xiàn),雪崩閾值電場(chǎng)進(jìn)一步提高,逃逸增長(zhǎng)率隨著磁漲落水平的增加而顯著下降。這些理論結(jié)果與大量的實(shí)驗(yàn)與模擬結(jié)果定性上是相吻合的,這預(yù)示了將來在國(guó)際熱核聚變實(shí)驗(yàn)反應(yīng)堆(ITER)上通過人為影響磁漲落水平來抑制逃逸電子的可能性。
【圖文】：

華 中 科 技 大 學(xué) 碩 士 學(xué) 位 論 文一般來講，實(shí)現(xiàn)核聚變有三種方式，引力約束、慣性約束與磁約束。引力約束主要發(fā)生在恒星內(nèi)部，依靠恒星強(qiáng)大的吸引力實(shí)現(xiàn)對(duì)粒子的約束，在像地球這樣較小的星球上很難實(shí)現(xiàn)。自上世紀(jì)中葉以來，世界各地的科學(xué)家一直在探索在地實(shí)現(xiàn)可控核聚變的可能方式，主要有兩種可控聚變方式被提出，一種是慣性約束，另外一種是磁約束聚變。慣性約束主要是利用強(qiáng)激光打在氘氚燃料制成的靶，使靶丸燃料形成等離子體，由于自身慣性，在未來得及四散開來之前，即被加極高溫度而發(fā)生聚變反應(yīng)[2]。磁約束聚變是利用強(qiáng)磁場(chǎng)約束高溫等離子體實(shí)現(xiàn)受變的一種方式，被認(rèn)為是最有希望的一種。在所有的磁約束聚變裝置中，托卡馬Tokamak）是被多數(shù)科學(xué)家最為看好的裝置之一。托卡馬克是一種軸對(duì)稱的環(huán)形磁約束聚變裝置，于 20 世紀(jì) 50 年代由蘇聯(lián)著名學(xué)家塔姆（I.E.Tamm）和薩哈羅夫（Sakharov）首先提出[3]，其結(jié)構(gòu)如圖 1.1 所示

圖 1-2 JET 被逃逸電子損傷的鈹壁[10]1.2 等離子體中的電子逃逸行為在有外加電場(chǎng)存在的等離子體中，電子同時(shí)受到加速力與減速力的作用。加速力 主要來自于電場(chǎng)，減速力 主要來自于電子與其他粒子的碰撞。加速力與電子速度無關(guān)，而減速力卻是速度的強(qiáng)關(guān)聯(lián)函數(shù)[11, 12]，，根據(jù)庫侖碰撞理論： 其中， 是靜止電子質(zhì)量， 是電子速度， 是電子與其他等離子體粒子的碰撞頻率。碰撞頻率 其中， 為真空介電常數(shù)， 是電子密度， 是庫侖對(duì)數(shù)。由（1-6）式可以看出，
【學(xué)位授予單位】：華中科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：TL631.24

【參考文獻(xiàn)】

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1 許璐;柏蓮桂;顏廷姿;王玉柱;王R

本文編號(hào)：2611123