【摘要】：科大一環(huán)(KTX)是一個(gè)新建的反場(chǎng)箍縮(RFP)裝置,其大半徑R=1.4米,小半徑a=0.4米。在2015年8月在KTX上首次成功獲得等離子體。本論文工作圍繞KTX參數(shù)位形展開(kāi)環(huán)形磁約束聚變裝置電源系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和電阻壁模的數(shù)值研究。其主要目的是為預(yù)測(cè)放電波形,提供電源反饋控制系統(tǒng)方案,進(jìn)而控制等離子體平衡和電阻壁模奠定物理理論基礎(chǔ)。首先,我們編寫了 KTX極向場(chǎng)和縱場(chǎng)耦合的電路模型程序?qū)﹄x子體放電波形進(jìn)行仿真,以確保電源系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)典型的反場(chǎng)箍縮等離子體放電參數(shù)。耦合模型中,采用泰勒態(tài)的修正的貝塞爾函數(shù)模型來(lái)描述沿徑向的等離子體電流密度和磁場(chǎng)剖面,然后通過(guò)功率平衡方程把極向場(chǎng)和縱場(chǎng)統(tǒng)一到一起。耦合模型的數(shù)值解表明ICTX電源系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)預(yù)期的放電參數(shù)要求,比如反場(chǎng)參數(shù)F,箍縮參數(shù)(?)，，磁場(chǎng)分布,等離子體電流和環(huán)電壓等。此外,由于真空室電阻壁對(duì)磁場(chǎng)滲透的延遲效果也在耦合電路模型中被考慮。該仿真計(jì)算為KTX電源建造提供了重要的理論設(shè)計(jì)依據(jù)。其次,我們發(fā)展了一個(gè)包含平衡場(chǎng)電源反饋控制系統(tǒng)的電路模型程序,其中平衡場(chǎng)電源系統(tǒng)采用脈沖調(diào)制控制器的H-橋設(shè)計(jì)來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)等離子體水平位移的控制以滿足KTX等離子體平衡要求。發(fā)展此程序的目的是驗(yàn)證電源系統(tǒng)設(shè)計(jì),同時(shí)也為KTX電源系統(tǒng)下一步控制等離子體平衡提供一個(gè)靈活可行的設(shè)計(jì)方案。這部分主要研究目標(biāo)是為平衡場(chǎng)電源系統(tǒng)提供一個(gè)簡(jiǎn)單有效而又經(jīng)濟(jì)可行的設(shè)計(jì)方案來(lái)控制等離子體的平衡。最后,對(duì)KTX電阻壁模進(jìn)行了數(shù)值模擬研究。電阻壁模被認(rèn)為是導(dǎo)致RFP和Tokamak等離子體破裂的重要原因之一,這部分我們對(duì)電阻壁模進(jìn)行了數(shù)值研究,其工作主要包含了兩部分。(1)NIMROD程序的數(shù)值驗(yàn)證工作,采用柱位形下tokamak平衡來(lái)檢驗(yàn)電阻壁模計(jì)算結(jié)果。同時(shí)我們計(jì)算了 Tokamak環(huán)效應(yīng)對(duì)電阻壁模的影響。(2)KTX反場(chǎng)箍縮等離子體平衡位形下,我們從能量原理出發(fā)推導(dǎo)了基于薄殼近似下電阻壁模色散公式并進(jìn)行了數(shù)值計(jì)算分析。首次把NIMROD程序成功應(yīng)用在了 KTX電阻壁模計(jì)算中,給出了值柱位形下電阻壁模的數(shù)值解,為進(jìn)一步計(jì)算外部擾動(dòng)線圈、等離子體流效應(yīng)和高能粒子對(duì)電阻壁模的影響奠定了基礎(chǔ)。
【圖文】：

Ｄ邋＋邋Ｄ邋Ｔ邋＋邋ｐ邋＋邋４．０３邋ＭｅＶ，逡逑Ｄ邋＋邋Ｈｅ＾邋＾邋ａ＋ｐ邋＋邋１８．３ＭｅＶ．逡逑對(duì)應(yīng)的反應(yīng)率和n鵲墓叵導(dǎo)跡保�，l#l#反應(yīng)是在現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)室條件下最容易逡逑實(shí)現(xiàn)的。當(dāng)聚變堆溫度達(dá)到１０８—ｌ0９Ｋ這樣高的點(diǎn)火溫度時(shí)，反應(yīng)堆容器中的氛逡逑l#氣體被電離變成等離子體，發(fā)生l扁；反應(yīng)從而實(shí)現(xiàn)聚變。為了能夠利用聚變產(chǎn)逡逑生的能量，就要求ll#反應(yīng)產(chǎn)生的能量要大于加熱等離子體所需要的能量，并且逡逑ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ邋［ｋｅＶ］逡逑。邋１０＾邐＾邐１０＾逡逑Ｓｐｏ邋＂邋Ｆ邐／邐逡逑／／Ｙ逡逑＝１０邋Ｍ邋／邋／邋／邐＿邋Ｄ，Ｈｅ３逡逑墨邋＾＾１０－邐１０－邐品邋１＾１逡逑ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ邋［ｂｉｌｌｉｏｎ邋Ｋｅｌｖｉｎ］逡逑圖１．１邋l#l#反應(yīng)的溫度和反應(yīng)速率關(guān)系逡逑１逡逑

等離子體穩(wěn)定分析方面，安全因子導(dǎo)致共振面（有理面）的存在。在本論文中，逡逑我們主要關(guān)注于環(huán)形磁約束裝置的兩大類：反場(chǎng)纏縮裝置和化ｋａｍａｋ裝置。他逡逑們最主要區(qū)別在于磁場(chǎng)分布和安全因子的不同（見(jiàn)圖１．３），從而導(dǎo)致其穩(wěn)定性持逡逑征也不同。為了衡量環(huán)形磁約束裝置的約束效率，另一個(gè)重要參數(shù)是比壓／３，定逡逑義為，逡逑ｆ＞邋—邋邐（Ｐｏ）邐邐／１逡逑公＝護(hù)（ａ）／（２／／0）．邐（１．６）逡逑上面定義式（１．６）表示等離子體平均熱壓與等離子體邊界磁壓力之比，符號(hào)〈．．〉逡逑是表示對(duì)體積求平均。對(duì)于反場(chǎng)恑縮裝置，由于較大的極向磁場(chǎng)，極向比壓也被逡逑作為描述等離子體的重要參數(shù)，定義為，逡逑目ｐ＝戶。）邐（１．７）逡逑邱（ａ邋Ｖ邋（２抑）逡逑在ＲＦＰ裝置中，成一般可達(dá)到１０％？２0％。逡逑１．２．１邋Ｔｏｋａｍａｋ逡逑Ｔｏｋａｍａｋ典型的磁場(chǎng)位形式是具有相對(duì)較強(qiáng)的縱向磁場(chǎng)（或稱為環(huán)向磁場(chǎng)）逡逑臺(tái)４和相對(duì)較弱的極向磁場(chǎng)公０，既公０？公０，見(jiàn)圖１．４。Ｔｏｋａｍａｋ的安全因子一逡逑般隨著徑向ｒ單調(diào)增加
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TL631

【參考文獻(xiàn)】

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

本文編號(hào)：2626200