發(fā)布時間：2020-05-26 19:16

【摘要】：長久以來,受控熱核聚變以其安全、干凈、可以提供幾乎無限的能源的優(yōu)點,受到了極其廣泛的關注,是人類一勞永逸地解決能源問題的希望。作為主流受控熱核聚變裝置的托卡馬克,近幾十年來得到了長足的發(fā)展,獲得了許多可喜的成果。但是要最終實現(xiàn)商業(yè)化的磁約束核聚變,仍然有很多問題需要解決,比如第一壁靶板熱負荷問題,等離子體不穩(wěn)定性問題,約束性能等等。其中,第一壁靶板熱負荷問題與等離子體邊界絲狀結構blob關系密切。blob在邊界徑向對流輸運中起到了非常重要的作用,其引起的對流輸運占整體對流輸運的50%左右。因此,研究絲狀結構blob的行為,研究其能被何種因素聽控制,對于控制等離子體邊界對流輸運,解決第一壁靶板熱負荷問題至關重要。另一方面,不穩(wěn)定性和約束性能都與托卡馬克采用的等離子體位形深切相關,好的位形能大大提高等離子體的約束性能,差的位形不但約束性能很差,還會導致整個等離子體的破裂,給裝置帶來極大的危害。本文主要可以分成兩個部分,分別是在 EAST(Experimental and Advanced Superconducting Tokamak)上的等離子體邊界絲狀結構blob行為方面的研究工作和在未來反應堆先進位形方面做的探索性工作。我們前后耗時三年,在EAST上搭建了鋰束束發(fā)射光譜診斷系統(tǒng),并設計發(fā)明了多種手段來提高信號質量。該系統(tǒng)可以提供高時空分辨率的托卡馬克等離子體邊界密度分布及相應的擾動測量,是研究托卡馬克邊界物理的一大利器。利用高時空分辨的鋰束系統(tǒng),我們研究了 EAST上的blob行為。我們證實blob理論預言的最穩(wěn)定長度和EAST實驗結果符合的很好。我們研究了 blob的高密度轉換現(xiàn)象,發(fā)現(xiàn)其密度閾值約為0.5倍Greenwald密度極限。當弦平均密度超過密度閾值時,blob長度,輸運通量Γblob和脫靶度都迅速上升并導致了刮削層的展寬和刮削層特征長度λ的增加,導致了刮削層“肩”的形成。由于EAST擁有很強的低雜波輔助加熱能力,我們首次發(fā)現(xiàn)了低雜波對blob的抑制作用。當?shù)碗s波開啟時,blob的幅度,長度,輸運通量都減少,blob的頻率增加。研究發(fā)現(xiàn)這可能和低雜波引起的刮削層極向剪切增強和多普勒頻移有關。我們在未來反應堆先進位形方面也做了很多工作。在EAST上,我們著重研究了內感這一重要位形參數(shù)和低雜波功率占比、密度、等離子體形狀參數(shù)如拉長比、上三角度、下三角度、磁面間距dRsep之間的關系。首次發(fā)現(xiàn)了內感和dRsep之間呈現(xiàn)出很強的負相關。我們提出了兩種可能的機制:一是內感和dRsep通過最外閉合磁面的1/Bpa2聯(lián)系在一起。二是在低雜波加熱條件下,等離子體電流分布能被dRsep所影響。這個結果能幫助我們更好的控制內感,有助于實現(xiàn)未來的低內感長脈沖放電實驗。在未來反應堆先進位形探索的中美聯(lián)合實驗中,我們利用之前中美聯(lián)合實驗高βp位形(同時實現(xiàn)高q95,高qmin和高βN)的結果,在聯(lián)合實驗中我們通過適當降低q95,改用高非感應電流位形,在qmin2,低扭矩條件下獲得了高約束等離子體,H89達到了 3.5,H98,y2達到了 2.1,聚變因子達到了 0.16。我們詳細分析了在高約束放電過程中內部輸運壘ITB的形成過程和對約束的改善作用。我們還研究了等離子體高約束狀態(tài)被m=4,n=1的4kHz的MHD模破壞的詳細過程。數(shù)值模擬結果顯示該MHD�？赡苁请娮杞粨Q�；騣nfernal mode。我們還討論了可能抑制該MHD不穩(wěn)定性的兩種方法。
【圖文】：

ｖｄ＾ｖｖｂ邋＋邋ｖｋ＝ＢｘＶＢ＋Ｂｘｋｂ邐（１．７）逡逑其中％代表帶電粒子攜帶的電荷，為帶電粒子質量。＆和％為帶電粒子垂直和平行磁力線向速度。４為磁場的曲率。另外，由于等離子體中心到等離子體邊界的溫度分布和密度分布不均R�，存灾X露忍荻群兔芏忍荻取Ｎ露忍荻群兔芏忍荻然崠純勾判云疲郟擔蕁Ｓ捎詰茸猶邐露讓芏瘸嘶雜Φ壤胱猶逖骨浚�，所以其抗磁漂覔鋫R任哄義希觶澹藉逡誨澹ǎ蹋福╁義細荽牌撲俁齲蘚涂勾牌撲俁齲粒椋岬謀澩鍤劍�，诊喗者都与粒讚砭U煞畔喙�。由又k雍屠胱鈾綰上嚳�，茲sΦ鈉撲俁確較蚴竅嚳吹�。这蒂Z鋁嗽詿怪貝懦》較蟶戲⑸煞擲�，窋S氳牡綰剎緋�。稻p』崾勾緦Ｗ硬縉�。茲№徺Y轎義希ǎ保梗╁義峽梢鑰吹劍浞較蟯焙偷緋『痛懦∠啻怪�。灾I鋅砜酥�，悼N品較蚴薔斷螄蟯獾�。这蒂Z碌壤胱猶辶Ｗ酉蟯餛�，磦蝤引汽R壤胱猶宀歡纖鶚�。辶x希簦恚徨澹悖恚埽義希ǎ校潁椋恚幔潁澹椋潁澹恚簦椋錚媯簦潁礤義

本文編號：2682290