【摘要】：長(zhǎng)久以來(lái),受控?zé)岷司圩円云浒踩�、干凈、可以提供幾乎無(wú)限的能源的優(yōu)點(diǎn),受到了極其廣泛的關(guān)注,是人類一勞永逸地解決能源問(wèn)題的希望。作為主流受控?zé)岷司圩冄b置的托卡馬克,近幾十年來(lái)得到了長(zhǎng)足的發(fā)展,獲得了許多可喜的成果。但是要最終實(shí)現(xiàn)商業(yè)化的磁約束核聚變,仍然有很多問(wèn)題需要解決,比如第一壁靶板熱負(fù)荷問(wèn)題,等離子體不穩(wěn)定性問(wèn)題,約束性能等等。其中,第一壁靶板熱負(fù)荷問(wèn)題與等離子體邊界絲狀結(jié)構(gòu)blob關(guān)系密切。blob在邊界徑向?qū)α鬏斶\(yùn)中起到了非常重要的作用,其引起的對(duì)流輸運(yùn)占整體對(duì)流輸運(yùn)的50%左右。因此,研究絲狀結(jié)構(gòu)blob的行為,研究其能被何種因素聽(tīng)控制,對(duì)于控制等離子體邊界對(duì)流輸運(yùn),解決第一壁靶板熱負(fù)荷問(wèn)題至關(guān)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(guān),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(huì)導(dǎo)致整個(gè)等離子體的破裂,給裝置帶來(lái)極大的危害。本文主要可以分成兩個(gè)部分,分別是在 EAST(Experimental and Advanced Superconducting Tokamak)上的等離子體邊界絲狀結(jié)構(gòu)blob行為方面的研究工作和在未來(lái)反應(yīng)堆先進(jìn)位形方面做的探索性工作。我們前后耗時(shí)三年,在EAST上搭建了鋰束束發(fā)射光譜診斷系統(tǒng),并設(shè)計(jì)發(fā)明了多種手段來(lái)提高信號(hào)質(zhì)量。該系統(tǒng)可以提供高時(shí)空分辨率的托卡馬克等離子體邊界密度分布及相應(yīng)的擾動(dòng)測(cè)量,是研究托卡馬克邊界物理的一大利器。利用高時(shí)空分辨的鋰束系統(tǒng),我們研究了 EAST上的blob行為。我們證實(shí)blob理論預(yù)言的最穩(wěn)定長(zhǎng)度和EAST實(shí)驗(yàn)結(jié)果符合的很好。我們研究了 blob的高密度轉(zhuǎn)換現(xiàn)象,發(fā)現(xiàn)其密度閾值約為0.5倍Greenwald密度極限。當(dāng)弦平均密度超過(guò)密度閾值時(shí),blob長(zhǎng)度,輸運(yùn)通量Γblob和脫靶度都迅速上升并導(dǎo)致了刮削層的展寬和刮削層特征長(zhǎng)度λ的增加,導(dǎo)致了刮削層“肩”的形成。由于EAST擁有很強(qiáng)的低雜波輔助加熱能力,我們首次發(fā)現(xiàn)了低雜波對(duì)blob的抑制作用。當(dāng)?shù)碗s波開(kāi)啟時(shí),blob的幅度,長(zhǎng)度,輸運(yùn)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(qiáng)和多普勒頻移有關(guān)。我們?cè)谖磥?lái)反應(yīng)堆先進(jìn)位形方面也做了很多工作。在EAST上,我們著重研究了內(nèi)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(zhǎng)比、上三角度、下三角度、磁面間距dRsep之間的關(guān)系。首次發(fā)現(xiàn)了內(nèi)感和dRsep之間呈現(xiàn)出很強(qiáng)的負(fù)相關(guān)。我們提出了兩種可能的機(jī)制:一是內(nèi)感和dRsep通過(guò)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(gè)結(jié)果能幫助我們更好的控制內(nèi)感,有助于實(shí)現(xiàn)未來(lái)的低內(nèi)感長(zhǎng)脈沖放電實(shí)驗(yàn)。在未來(lái)反應(yīng)堆先進(jìn)位形探索的中美聯(lián)合實(shí)驗(yàn)中,我們利用之前中美聯(lián)合實(shí)驗(yàn)高βp位形(同時(shí)實(shí)現(xiàn)高q95,高qmin和高βN)的結(jié)果,在聯(lián)合實(shí)驗(yàn)中我們通過(guò)適當(dāng)降低q95,改用高非感應(yīng)電流位形,在qmin2,低扭矩條件下獲得了高約束等離子體,H89達(dá)到了 3.5,H98,y2達(dá)到了 2.1,聚變因子達(dá)到了 0.16。我們?cè)敿?xì)分析了在高約束放電過(guò)程中內(nèi)部輸運(yùn)壘ITB的形成過(guò)程和對(duì)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(xì)過(guò)程。數(shù)值模擬結(jié)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(zhì)量。＆和％為帶電粒子垂直和平行磁力線向速度。４為磁場(chǎng)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模嬖諼露忍荻群兔芏忍荻�。温度梯度和密度梯度粛桒兰児磁性漂移｀P擔(dān)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(xì)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煞擲耄擲氳牡綰剎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(hào)：2682290