【摘要】：在磁約束聚變?nèi)紵入x子中,阿爾芬波的研究一直扮演著至關(guān)重要的角色。多種阿爾芬本征模式在理論和實驗中被發(fā)現(xiàn),而這些阿爾芬本征模式易與高能量粒子通過波-粒相互共振作用機制激發(fā)成不穩(wěn)定狀態(tài)。在高-β環(huán)向等離子體中,一種沿磁力線方向傳播,且由等離子體壓強梯度誘導(dǎo)的勢阱所捕獲的一種新型的本征模,簡稱離散阿爾芬本征模(αTAE,α是等離子體壓強梯度的標度)。αTAE主要受等離子體的壓強梯度和氣球模影響,研究發(fā)現(xiàn)其主要存在于氣球模的第二穩(wěn)定區(qū)和負磁剪切區(qū)域。最近幾年,發(fā)現(xiàn)在HL-2A托卡馬克裝置上的多種阿爾芬本征模式被激發(fā)成不穩(wěn)定模式,如環(huán)效應(yīng)誘導(dǎo)的阿爾芬本征模(TAE)、Beta-誘導(dǎo)阿爾芬本征模(BAE)和高頻負磁剪切阿爾芬本征模(HFRSAE)。HL-2A托卡馬克裝置具有多種輔助加熱方案,目的是為了控制和優(yōu)化等離子體電流剖面。在輔助加熱過程中,輔助加熱的能量將沉積于沿托卡馬克小半徑方向上的不同區(qū)域,使該區(qū)域的等離子體溫度升高,產(chǎn)生較大的壓強梯度,而較大的壓強梯度將誘導(dǎo)離散阿爾芬本征模的形成�；贖L-2A托卡馬克,運用理想磁流體力學(xué)(MHD)數(shù)值模擬程序,在低雜波輔助加熱放電方案中,探究了低雜波能量沉積區(qū)域內(nèi)的離散阿爾芬本征模(αTAE,α是等離子體壓強梯度的標度)的物理特征;探討了不同等離子體剖面下,αTAE的分布情況.運用線性回旋動理學(xué)和磁流體力學(xué)混合模擬程序,研究了中性束注入不同能量的粒子對αTAE的影響;此外,還探究了能量沉積區(qū)域內(nèi)的αTAE被高能量粒子激發(fā)成不穩(wěn)定性的物理特征。同時還基于當前世界上主要的托卡馬克裝,根據(jù)其結(jié)構(gòu)特征和運行條件分類探究了不同類型托卡馬克裝置上的離散型阿爾芬本征模物理特征行為,以及在高能量粒子條件下離散阿爾芬本征模的不穩(wěn)定性特征,這些托卡馬克裝置上存在的不穩(wěn)定性也能會正在建設(shè)的(CFETR)和(ITER)中產(chǎn)生。通過模擬發(fā)現(xiàn),在該裝置上α的值相對較小,αTAE主要分布在負磁剪切區(qū)域。在低雜波能量沉積區(qū)域內(nèi)伴有豐富的αTAE,且低雜波能量沉積量越大,αTAE頻率也越高。此外,在不同等離子體剖面下,大量的αTAE被束縛于沿HL-2A托卡馬克小半徑方向上的不同區(qū)域。隨著中性束注入粒子能量逐漸增大,αTAE的多支模也被激發(fā)成不穩(wěn)定模式。模擬還發(fā)現(xiàn)在不同類型托卡馬克裝置上,在較寬的運行范圍內(nèi),都存在離散阿爾芬本征模,且這種本征模易受高能量粒子激發(fā)成不穩(wěn)定模式。這種不穩(wěn)定模式潛在影響托卡馬克對等離子體的約束性能和未來聚變反應(yīng)堆的穩(wěn)態(tài)運行。
【圖文】：

圖 1.2.1 左圖為均勻磁場中帶電粒子的軌跡，右圖為非均勻磁場中帶電粒子的軌跡.從如圖 1.2.1 帶電粒子在垂直磁場的方向做回旋運動，由于磁場存在不均，導(dǎo)致梯度漂移，帶電粒子將逃逸出磁場。因此，科學(xué)家們將磁場彎曲成環(huán)形樣一來環(huán)形磁場就將帶電粒子約束在磁場中，使得帶電粒子在環(huán)形磁場中做于圓周運動，再加上在聚變反應(yīng)過程中，聚變反應(yīng)溫度必須達到上億度，目界上還未有任何容器能夠承受如此高的溫度�？茖W(xué)家們利用環(huán)形磁場的這一設(shè)計了磁約束聚變裝置——托卡馬克，托卡馬克聚變實驗裝置由于設(shè)計的簡其具有的優(yōu)點便成了人類研究聚變反應(yīng)的首選，如圖 1.2.2 所示。

圖 1.2.1 左圖為均勻磁場中帶電粒子的軌跡，，右圖為非均勻磁場中帶電粒子的軌跡.從如圖 1.2.1 帶電粒子在垂直磁場的方向做回旋運動，由于磁場存在不均勻性，導(dǎo)致梯度漂移，帶電粒子將逃逸出磁場。因此，科學(xué)家們將磁場彎曲成環(huán)形，這樣一來環(huán)形磁場就將帶電粒子約束在磁場中，使得帶電粒子在環(huán)形磁場中做近似于圓周運動，再加上在聚變反應(yīng)過程中，聚變反應(yīng)溫度必須達到上億度，目前世界上還未有任何容器能夠承受如此高的溫度�？茖W(xué)家們利用環(huán)形磁場的這一特性設(shè)計了磁約束聚變裝置——托卡馬克，托卡馬克聚變實驗裝置由于設(shè)計的簡單和其具有的優(yōu)點便成了人類研究聚變反應(yīng)的首選，如圖 1.2.2 所示。
【學(xué)位授予單位】：貴州大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TL631

【參考文獻】

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本文編號：2682686