【摘要】：人類的生存和發(fā)展離不開能源。但地球上現(xiàn)有的煤炭、石油等化石能源日益枯竭,核裂變能存在著核廢料處理困難運行存在潛在安全等問題,因此亟需開發(fā)新能源。磁約束核聚變具有原料儲量豐富、反應(yīng)可控、清潔無污染等優(yōu)點,日益引起人們的重視,被認為是解決人類能源問題的終極方案。但要實現(xiàn)可控核聚變?nèi)藗兠媾R著諸多挑戰(zhàn),隨著等離子體參數(shù)的提高,放電時間的增長,托卡馬克中等離子體與面壁相互作用問題日益嚴重,找尋合適的壁材料以及合理的壁處理方法是實現(xiàn)聚變的關(guān)鍵。近年來研究發(fā)現(xiàn)鋰作為聚變材料具有諸多潛在優(yōu)勢。許多實驗表明通過引入鋰可以有效降低芯部雜質(zhì)濃度,延長等離子體約束時間,有效降低ELMs,減小偏濾器靶板處的能流。特別是最近在EAST上還發(fā)現(xiàn)注入鋰粉可獲得長脈沖新型穩(wěn)態(tài)高約束模式。盡管大量實驗均表明經(jīng)過鋰壁處理的托卡馬克裝置具有諸多優(yōu)點,但關(guān)于鋰雜質(zhì)是如何在邊緣等離子體中輸運,鋰雜質(zhì)和背景等離子體是如何相互作用的,這其中的物理機制仍不清楚。因此,迫切需要開展鋰雜質(zhì)在邊緣等離子體中的輸運,以及對背景等離子體作用的研究。本文基于大型邊緣等離子體流體模擬程序BOUT++開發(fā)鋰雜質(zhì)輸運模塊,利用該模塊模擬在EAST放電過程中從上偏濾器位置實時注入鋰粉,模擬鋰雜質(zhì)在邊緣等離子體中的輸運以及與背景等離子體相互作用。在第一章中主要介紹了與本文相關(guān)的物理背景和現(xiàn)實意義,并引出了開展本項工作的重要性,重點闡述了鋰作為一種聚變材料已經(jīng)實現(xiàn)的廣泛應(yīng)用和潛在應(yīng)用。第二章介紹了本工作所采用的物理模型和設(shè)置的邊界條件,介紹了本次模擬所考慮的粒子種類和粒子間的碰撞反應(yīng),給出了具體支配方程,并詳細介紹此次模擬中考慮的邊界條件。第三章給出了模擬工作的相關(guān)結(jié)果。針對具體實驗參數(shù)進行實時注入鋰粉模擬,展示了鋰雜質(zhì)的輸運過程,鋰離子的徑向分布、極向分布,以及與背景等離子體的相互作用。最后比較了模擬結(jié)果與實驗結(jié)果。模擬結(jié)果表明：在鋰粉注入過程中,鋰原子迅速電離生成鋰離子,產(chǎn)生的鋰離子主要在托卡馬克邊緣區(qū)域聚集,并隨時間沿極向緩慢擴散。從中平面位置注入鋰粉,鋰離子能夠進入到較深的區(qū)域。同時本文討論了在鋰粉注入過程中鋰離子與背景等離子體的相互作用,給出了背景等離子體的密度分布,其中兩者的碰撞摩擦力起到了主要作用。最后對比實驗結(jié)果發(fā)現(xiàn)定性符合,驗證了模擬的可靠性。
【學(xué)位授予單位】：大連理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TL631.24;O53

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本文編號：2700096