【摘要】：提高托卡馬克裝置的約束性能是核聚變研究的一個非常重要的方向。本文從雙磁流體方程組和麥克斯韋方程組出發(fā),以J-TEXT裝置的實驗參數(shù)(芯部離子、電子溫度、中心弦平均密度、放電電流以及環(huán)電壓等)為依據(jù),數(shù)值模擬研究裝置放電的等離子體參數(shù)分布,探索等離子體轉(zhuǎn)動的作用機制及其效應(yīng),為實驗運行的控制與優(yōu)化放電模式提供理論依據(jù)。主要工作內(nèi)容如下:(1)從靜態(tài)的流體運動方程出發(fā),對不同平衡態(tài)的等離子體平衡方程進行求解,包括順磁、反磁(逆磁)、順磁轉(zhuǎn)逆磁(邊緣小范圍為逆磁性質(zhì))的平衡態(tài),獲得不同平衡態(tài)的平衡參數(shù)(壓強、極向電流、等離子體密度、垂直磁場等)。對比發(fā)現(xiàn):即使裝置在整體上表現(xiàn)為順磁性質(zhì),但在內(nèi)緣很小區(qū)域內(nèi)通過外部調(diào)控為逆磁性質(zhì),能使極向比壓β_p有較大的增長,即能大大的提高裝置的約束性。(2)在小環(huán)坐標(biāo)系,徑向和極向磁場的模擬結(jié)果表明:在等離子體核心,磁場的一級量(B_r~1,B_θ~1)幾乎等同于零級(B_θ~1),磁場在等離子體芯部具有三維結(jié)構(gòu)。這個屬性對于更好地了解等離子體芯部的輸運特性是極其重要的。對于理想MHD模式,帶電粒子可以被凍結(jié)在磁力線中,因為固有的徑向磁場的存在,等離子體的徑向流動是注定要發(fā)生的。(3)自洽流場、電子與離子相對速度、電流密度等物理量,均與磁場有相似的多極場結(jié)構(gòu),也即它們都應(yīng)該具有3維空間結(jié)構(gòu),局部存在渦旋場。同時發(fā)現(xiàn)邊界密度的調(diào)控與渦旋成形的位置有密切關(guān)系。(4)初步探索3維等離子體結(jié)構(gòu)參數(shù)的分布屬性,當(dāng)考慮線圈安裝的誤差場后,裝置不在具備環(huán)對稱的條件,此時壓強梯度不再環(huán)對稱,磁面不再只是(r,θ)的函數(shù),還應(yīng)該與環(huán)向角φ有關(guān),因此磁場和電流密度也與環(huán)向角的分布有關(guān)。這些研究結(jié)果有助于理解外加擾動場與控制撕裂模相互作用、局域徑向等離子體流、磁渦旋的物理機制。
【圖文】：

TEXT 裝置的簡介卡馬克是通過環(huán)向磁場、極向磁場以及其他磁場所耦合成的螺旋形制高溫等離子體的裝置[1-3]，它主要由環(huán)形真空室、環(huán)向場線圈、電源系統(tǒng)、診斷系統(tǒng)等組成。其環(huán)向磁場通過繞在真空室外面的環(huán)的，而極向磁場的大小則是由極向場線圈和等離子體電流一起決是通過螺旋形磁場將等離子體約束在特定的反應(yīng)區(qū)域，再經(jīng)過加熱的方法使裝置達(dá)到實驗所需的條件，進而進行托卡馬克放電，并釋EXT 裝置是眾多托卡馬克裝置中的其中之一，它現(xiàn)在位于華中科等離子體研究所，其前身為美國德克薩斯大學(xué)奧斯汀分校的 TEX，建立中美聯(lián)合實驗室，并進行裝置重建；2007 年，裝置完成重束核聚變方面的研究工作，在同年年底第一次得到等離子體。

個剖面的平衡位形以及結(jié)構(gòu)特征。再使用所得的角向磁通函裝置的基礎(chǔ)實驗參數(shù)，計算別的物理量的特征結(jié)構(gòu)。結(jié)果與分析子體的極向電流分布在控制托卡馬克等離子體的穩(wěn)定性中具有重要 2-1 中，正方形（黑色）為順磁（sc）的平衡態(tài)，圓形（紅色）為反轉(zhuǎn)點在 0.7a 處（sc-nc-0.7a）的平衡態(tài)，三角形（藍(lán)色）為逆磁（。由圖可知，正方形的極向電流在整個剖面都為正值，且在芯部附，具有順磁性質(zhì)；三角形的極向電流在整個剖面都為負(fù)值，在芯部值最大，具有逆磁性質(zhì)；圓形的極向電流在邊緣小范圍內(nèi)為負(fù)值，，，即在大范圍內(nèi)表現(xiàn)為順磁而在外圍較小區(qū)域為逆磁性質(zhì)。即適當(dāng)流的系數(shù)，可以控制托卡馬克等離子體的性質(zhì)，這對得到高 beta 值。
【學(xué)位授予單位】：華中科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TL631

【參考文獻】

相關(guān)期刊論文 前2條

1 孫愛萍;陳謙;彭曉東;潘宇東;張錦華;;HL-2M裝置磁場線圈安裝的誤差場計算[J];核聚變與等離子體物理;2010年04期

2 劉旭峰;杜世俊;;EAST裝置誤差場分析[J];核聚變與等離子體物理;2009年02期

相關(guān)博士學(xué)位論文 前1條

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

本文編號：2644076