【摘要】：在托卡馬克裝置放電期間,得到可靠準(zhǔn)確的等離子體放電位形及相關(guān)放電參數(shù)顯得尤為重要。本文通過推導(dǎo)Grad-Shafranov平衡方程,采用分離變量法求得平衡方程解析解,結(jié)合EFIT(equilibrium fitting code)算法以及相關(guān)診斷數(shù)據(jù)(如SXR-soft X ray診斷數(shù)據(jù)測量計(jì)算磁軸位置,磁探針數(shù)據(jù)等)確定方程最優(yōu)解,進(jìn)而得到J-TEXT托卡馬克裝置平衡等離子體相關(guān)放電參數(shù):電流密度剖面分布,壓強(qiáng)剖面分布,安全因子分布,磁面函數(shù)剖面分布。通過平衡計(jì)算,可以得到等離子體放電平臺(tái)期間的物理參數(shù),如電流密度剖面,作為磁擾動(dòng)影響逃逸電流數(shù)值計(jì)算的初值條件。托卡馬克等離子體破裂時(shí)產(chǎn)生的熱沉積,電磁應(yīng)力和逃逸電子會(huì)嚴(yán)重威脅裝置的安全運(yùn)行,現(xiàn)階段主要研究如何避免或者抑制形成逃逸電流。國內(nèi)外不同裝置做了大量有關(guān)外加磁擾動(dòng)抑制逃逸電子的實(shí)驗(yàn),比如J-TEXT上實(shí)驗(yàn)研究表明,磁擾動(dòng)在一定范圍內(nèi)可以很好地抑制逃逸電流,當(dāng)磁擾動(dòng)過大時(shí),逃逸電流反而會(huì)增大。本文通過數(shù)值計(jì)算研究了不同磁擾動(dòng)對(duì)逃逸電流的影響,研究發(fā)現(xiàn):外加磁擾動(dòng)值δB/B在0~10~(-3)范圍內(nèi)時(shí),隨著磁擾動(dòng)值增大,逃逸電流減小;等離子體未發(fā)生破裂時(shí),在等離子體電流放電平臺(tái)期間,電流密度從芯部向邊緣變化比較平坦,當(dāng)?shù)入x子體發(fā)生破裂時(shí),未加磁擾動(dòng)時(shí),在形成逃逸平臺(tái)期間,電流密度分布峰化程度大,在逃逸電流平臺(tái)期間加上磁擾動(dòng)δB/B10~(-4)時(shí),芯部電流密度峰化不明顯,但比較未發(fā)生破裂時(shí)仍有一定的峰化趨勢(shì);當(dāng)δB/B10~(-4)時(shí),繼續(xù)增大磁擾動(dòng)值,電流密度峰化趨勢(shì)反而會(huì)增加,所以磁擾動(dòng)在δB/B=10~(-4)范圍內(nèi)能很好的抑制逃逸電流�；贘-TEXT托卡馬克裝置,恢復(fù)搭建了軟X射線能譜診斷系統(tǒng),用于測量芯部等離子體溫度以及中高Z雜質(zhì)行為。電子溫度作為等離子體運(yùn)行的重要參數(shù)之一,能夠反映很多物理現(xiàn)象,比如等離子體MHD(magneto-hydro dynamic)行為等。對(duì)不同放電條件下的平衡等離子體進(jìn)行能譜測量分析得到:當(dāng)?shù)入x子體放電電流越大,電子密度越高時(shí),芯部等離子體溫度越高;加入正偏壓電極EB(electrode biasing)時(shí),Hα輻射降低,等離子體約束改善,芯部溫度升高;外加擾動(dòng)磁場RMP(Resonant magnetic perturbation)時(shí),等離子體穿透,約束變差,芯部溫度下降。托卡馬克等離子體放電時(shí),雜質(zhì)會(huì)不可避免地存在于等離子體中,中高Z雜質(zhì)具有較大的稀釋性和輻射能量損失特性,它們對(duì)等離子體行為有重要的影響。本文通過軟X射線能譜診斷系統(tǒng)研究了J-TEXT托卡馬克裝置等離子體在不同放電條件下,芯部中高Z雜質(zhì)行為。由于軟X射線能譜上出現(xiàn)的特征Kα線的能量可以判斷,在J-TEXT托卡馬克等離子體中出現(xiàn)的中高Z雜質(zhì)主要有Ar,Cr,Fe,研究分析發(fā)現(xiàn):等離子體正常放電時(shí),等離子體密度越低,Cr,Fe雜質(zhì)輻射量越高;當(dāng)加入正偏壓電極EB(electrode biasing)時(shí),Cr,Fe雜質(zhì)輻射量變低;當(dāng)外加擾動(dòng)磁場RMP(Resonant magnetic perturbation)時(shí),等離子體穿透,等離子體溫度降低,芯部Ar雜質(zhì)輻射強(qiáng)度不斷下降。
【圖文】：

向磁場共同作用疊加而成，以空間螺旋狀的磁力線環(huán)繞托卡馬克等離子體[4]。托卡馬克裝置主要有縱場線圈，極向場線圈，真空室以及磁回路構(gòu)成。由銅線繞制而成的縱場線圈沿著托卡馬克裝置的大環(huán)方向，呈空間均勻分布狀態(tài)，在裝置產(chǎn)生空間合成磁場的環(huán)向分量，其作用是將高溫等離子體束縛在托卡馬克真空體中。極向場線圈包括內(nèi)部極向場和外部極向場線圈：安置在托卡馬克裝置內(nèi)部壓器初級(jí)線圈通過變壓器原理使真空室出現(xiàn)等離子體電流，并且通過變壓器對(duì)子體進(jìn)行加熱，，該線圈即為內(nèi)部極向場線圈；外部極向場線圈，用于控制真空室離子體位形。J-TEXT（The Joint Texas Experimental Tokamak）托卡馬克裝置是國內(nèi)高校進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究的唯一中型托卡馬克裝置，在 2002 年美國德克薩斯大學(xué)聚變研究中心套裝置贈(zèng)予華中科技大學(xué)電氣學(xué)院，于 2006 年年底在東校區(qū)東 15 樓，該裝置竣工，裝置如圖 1.1 所示。

圖 2.1 托卡馬克裝置磁場位形圖子體放電運(yùn)行期間，為了得到最優(yōu)化的實(shí)驗(yàn)放電參數(shù)，要求正確反數(shù)[5,6]。但是許多放電參數(shù)比如等離子體放電位形，是無法通過測么準(zhǔn)確快速重建等離子體放電位形就顯得格外重要，這就需要進(jìn)行衡計(jì)算。第一步是要得到等離子體在平衡狀態(tài)時(shí)的各項(xiàng)參數(shù)的具體的方法之一是求解描述托卡馬克裝置等離子體的平衡狀態(tài)方程—程[29-31]。稱的環(huán)形磁場位形中，等離子體的平衡狀態(tài)可以由G-S平衡方程來是等離子體平衡反演計(jì)算的根本理論依據(jù)。流體力學(xué)方程滿足：ddvp J Bt 馬克裝置等離子體放電過程中，達(dá)到平衡狀態(tài)時(shí)，滿足磁約束等離
【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】：2018
【分類號(hào)】：TL631.24

【參考文獻(xiàn)】

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1 楊進(jìn)蔚,郭干城,張金嶺;非圓截面環(huán)流器中逃逸電子實(shí)驗(yàn)分析[J];核聚變與等離子體物理;1984年03期

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1 金海;J-TEXT誤差場及鎖模解鎖的實(shí)驗(yàn)研究[D];華中科技大學(xué);2016年

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1 羅正平;托卡馬克中等離子體平衡計(jì)算[D];合肥工業(yè)大學(xué);2007年

本文編號(hào)：2637357