發(fā)布時間：2020-04-24 17:02

【摘要】：仿星器和托卡馬克是磁約束聚變的兩種主要裝置,而目前世界上最先進的仿星器當屬德國的Wendelstein 7-X(W7-X)。與之前的傳統(tǒng)仿星器相比,W7-X有著更加優(yōu)化的磁場位形,不僅能夠更好的在聚變參數(shù)下約束阿爾法粒子,還能有效的控制由于螺旋場波紋度引起的新經(jīng)典輸運。托卡馬克中,通常使用極向偏濾器來進行排雜和排熱。W7-X通過在邊界產(chǎn)生一個環(huán)向模數(shù)n=5的磁島鏈,用磁島偏濾器來代替托卡馬克上常用的的極向偏濾器進行排雜和排熱。由于磁島內(nèi)的磁力線連接長度遠大于托卡馬克刮削層內(nèi)的磁力線連接長度,相比托卡馬克而言有著更長的刮削層寬度(熱流衰減長度),因此磁島偏濾器位形在排熱方面具有天然的優(yōu)勢。作為刮削層特征參數(shù)之一的熱流衰減長度,直接影響了偏濾器靶板上濕區(qū)面積的大小。研究磁島偏濾器位形下的刮削層特性,對了解磁島偏濾器性能,評估磁島偏濾器運行區(qū)間都大有裨益。W7-X上安裝了一個多功能操作臂作為探針的運載系統(tǒng),能夠穿過邊界磁島將探針打入等離子體內(nèi)部,從而對刮削層和邊界區(qū)域的物理參數(shù),如電子密度剖面,溫度剖面,等離子體流速剖面和湍流特性等進行測量。本論文中,詳細介紹了 W7-X上多通道馬赫探針系統(tǒng)的研制以及搭建過程。馬赫探針是用來測量等離子體中離子飽和流的定向靜電探針,工作原理是利用上流和下流測得的離子飽和流的不對稱性來計算等離子體的流速。使用多通道馬赫探針系統(tǒng),首次同時測得了W7-X上垂直和平行方向的等離子體流速。并且借助馬赫探針系統(tǒng)上的徑向陣列,觀測到了一支主頻率在1kHz左右,以200m/s的徑向速度向外傳播的低頻模式,使用W7-X上的復合探針系統(tǒng)上的四探針,本文還研究了不同位形和放電參數(shù)下,三維磁拓撲結(jié)構(gòu)對刮削層內(nèi)電子溫度剖面,電子密度剖面和刮削層特征寬度的影響。研究結(jié)果發(fā)現(xiàn),熱流衰減長度與刮削層內(nèi)的磁力線的連接長度正相關(guān)。刮削層內(nèi)磁力線連接長度大于250米的低iota位形和標準位形下的衰減長度,明顯要大于刮削層內(nèi)磁力線連接長度小于100米的高iota位形和限制器位形下的衰減長度。其中,標準位形下的熱流衰減長度由于受到磁島撫平作用的影響,相比于低iota位形也得到了相應的延長。論文的最后,對仿星器和托卡馬克上的邊界局域模的理論模型進行了一個簡要的介紹。其中,托卡馬克上的邊界局域模通常用氣球-剝離模型來描述,而仿星器上的邊界局域模通常認為是由于內(nèi)交換模觸發(fā)的不穩(wěn)定性。針對托卡馬克上的邊界局域模,本文使用了電流弛豫模型對EAST上的邊界局域模的頻率分布進行了預測。研究結(jié)果發(fā)現(xiàn),在邊界電流密度比較大的情形下,ELM的頻率分布會趨于一個單峰的分布;而在邊界電流密度比較小的情況下,ELM的頻率分布更趨向多峰的分布。
【圖文】：

一，子位形，保證等離子體既可以長時間的沿磁力線運動，又要減弱各種由于碰撞產(chǎn)生的垂直磁面的徑向輸運。根據(jù)外部磁場的產(chǎn)生方式，磁約束核又分為兩種類型：托卡馬克和仿星器。兩者的最大區(qū)別就是托卡馬克的，主要是由外部線圈產(chǎn)生的磁場疊加自身電流產(chǎn)生的磁場；而仿星器的則全部由外部線圈產(chǎn)生。逡逑１托卡馬克和丨ＴＥＲ逡逑托卡馬克是目前世界主流的磁約束聚變裝置類型之一，也是國際熱核聚應堆（Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ邋Ｔｈｅｒｍｏｎｕｃｌｅａｒ邋Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ邋Ｒｅａｃｔｏｒ：邋ＩＴＥＲ）邋［７］采用聚變類型。Ｔｏｋａｍａｋ—詞，來源于俄羅斯語，本意是有著磁線圈的環(huán)形托卡馬克的主要磁場位形，主要由環(huán)向磁場和極向磁場構(gòu)成。其中，環(huán)組平面線圈提供，可以產(chǎn)生數(shù)特斯拉量級的環(huán)向磁場。對于圓截面的托主要由環(huán)線圈提供，對于非圓截面的托卡馬克，，則有矩形線圈或者Ｄ形提供。逡逑

早的幾個仿星器裝置由普林斯頓等離子體研究所建造，其中最大的仿ａｒａｔｏｒ也由于磁場線圈加工的不精確而失敗，最后改造成了托卡馬克裝示了，仿星器線圈的設(shè)計及加工的過大難度嚴重阻礙了仿星器的發(fā)展�？R克相比，仿星器的約束性能也不容樂觀，因此在競爭中逐漸落入下世紀７０－８０年代沉寂了一段時間。逡逑Ｖａｃｕｕｍ邋ｔｕｔ＞ｅ邐Ｈｅｌｌｃａｔ邋ｗｉｎｄｉｎｇｓ逡逑
【學位授予單位】：中國科學技術(shù)大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：TL631

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本文編號：2639177