【摘要】：托卡馬克中等離子體對三維磁場響應(yīng)是聚變研究中非常重要的研究課題,包括利用共振磁擾動場控制邊緣局域模、誤差場修正、等離子體流阻尼、高壓強等離子體中共振場的放大、電阻壁模的主動控制和其它磁流體不穩(wěn)定性。研究已經(jīng)證實,即使比背景(平衡)磁場小3-4個量級的外加三維場,仍可以對二維軸對稱托卡馬克等離子體的穩(wěn)定和約束造成重要的影響,三維擾動場可以通過放大自已,來控制不同的不穩(wěn)定性。近些年的研究已經(jīng)證實Type-Ⅰ邊緣局域模會對未來托卡馬克裝置中的壁材料造成重大威脅,ITER裝置上現(xiàn)有的壁材料和偏濾器材料只能承受邊緣局域模爆發(fā)過程中20%的熱負荷,因此控制邊緣局域模是聚變領(lǐng)域中非常重要的研究課題。目前為止,外加共振磁擾動場是最簡單、最有效的方法,可以很好地控制邊緣局域模。在DⅢ-D、JET、MAST、ASDEX Upgrade、KSTAR、EAST等托卡馬克裝置中利用共振磁擾動技術(shù)可以很好地緩解和/或抑制邊緣局域模,但是由于涉及的物理機制比較復雜,抑制邊緣局域模的最終原因和必要條件仍是開放的問題。在建造和運行托卡馬克的過程中不可避免地存在非軸對稱磁擾動場,尤其是環(huán)向模數(shù)n=1的誤差場可以引起鎖模,甚至會造成等離子體大破裂,所以利用外加磁擾動場修正誤差場是聚變領(lǐng)域中非常重要的研究課題。在DⅢ-D、JET、MAST、EAST、KSTAR等裝置中已經(jīng)開展了誤差場修正的實驗。但是由于誤差場修正的理論研究需要全環(huán)位型,這樣才能為托卡馬克裝置提供更好的誤差場修正建議,所以理論上并沒有得到很好的發(fā)展。利用外加磁擾動控制邊緣局域模和修正誤差場是很重要的研究課題。所以本文數(shù)值模擬與實驗相結(jié)合,深入地分析實驗結(jié)果,并解釋其中的物理機制。緒論部分主要介紹了不同種類的聚變裝置,邊緣局域模、利用共振磁擾動場控制邊緣局域模和誤差場修正的研究進展。第二章簡要介紹了 MARS程序及其模型,該程序包含MARS-F、MARS-K和MARS-Q三個版本。介紹了如何利用MARS程序數(shù)值模擬環(huán)位型下等離子體對外加磁擾動的響應(yīng)。第三章利用MARS-F程序?qū)Ⅲ-D中等離子體對n=2偶線圈結(jié)構(gòu)下的共振磁擾動場響應(yīng)實驗進行數(shù)值研究,利用線性等離子體響應(yīng)模型,分別為電阻、旋轉(zhuǎn)等離子體響應(yīng)模型和理想、靜態(tài)等離子體響應(yīng)模型,該工作的研究目的是理解邊界安全因子對等離子體響應(yīng)的影響。不管是利用電阻、旋轉(zhuǎn)等離子體響應(yīng)模型還是理想、靜態(tài)等離子體響應(yīng)模型,在(q95,qa)空間中,低場區(qū)、高場區(qū)-A和高場區(qū)-B處的極向場都會出現(xiàn)等離子體響應(yīng)的跳變。同時也觀察到,利用電阻、旋轉(zhuǎn)等離子體響應(yīng)模型得到的跳變會更加明顯。大的響應(yīng)場和X點擾動位移與邊緣剝離響應(yīng)有關(guān),邊緣剝離響應(yīng)也是產(chǎn)生跳變的原因。第四章利用MARS-F程序?qū)AST中等離子體對三維共振磁擾動場響應(yīng)實驗的數(shù)值研究。在考慮等離子體響應(yīng)時,數(shù)值模擬得到的最優(yōu)線圈相位差與EAST中緩解和抑制邊緣局域模的相位差一致。MARS-F模型中最外層有理面處擾動磁場和X點擾動位移的判定方法,既適用于邊緣局域模的緩解,也適用于邊緣局域模的抑制。第五章利用MARS-F程序?qū)AST中誤差場修正實驗進行數(shù)值研究�；谑拐麄�等離子體區(qū)域電磁矩最小的誤差場修正判定方法,給定的n=1固有真空誤差場包含多個極向諧波時,利用羅盤掃描法計算預測的2/1誤差場可以同時與實驗中的奇、偶修正線圈結(jié)構(gòu)下羅盤掃描法的結(jié)果一致。而且羅盤掃描法預測的真空誤差場與MARS-F程序中給定的誤差場不同,該結(jié)果對誤差場修正實驗和利用羅盤掃描法確定固有誤差場的方法有了進一步的理解。最后,對現(xiàn)有工作進行總結(jié),并對下一步的工作進行展望。
【學位授予單位】：大連理工大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TL631.24
【圖文】：

１．２．１磁鏡逡逑磁鏡作為加速宇宙射線的機制而提出，一對線圈的非均勻磁場會形成兩個磁鏡，由逡逑于磁矩不變性，兩個磁鏡之間可以捕捉等離子體（如圖１．１所示），但是并不能完全約束逡逑等離子體，位于泄漏錐中的粒子則不受約束，該約束與碰撞率有關(guān)，電子相對于離子有逡逑更高的碰撞率，則電子更易于損失。磁鏡的優(yōu)點也有很多，如：設(shè)計簡單、可以得到更逡逑大的Ｑ值（聚變增益因子）、可以穩(wěn)態(tài)運行、不會發(fā)生大破裂等。２０１４年，由中國科學逡逑技術(shù)大學孫玄教授組建的中國最大串節(jié)磁鏡裝置ＫＭＡＸ己成功放電，該裝置長為９．６邋ｍ，逡逑真空室內(nèi)徑為１．２邋ｍ，磁喉處內(nèi)徑為０．３邋ｍ，磁喉處的最大磁場為３．２邋ｋＧ，最好的真空條逡逑件可達到１．２ｘｌ0＿５邋Ｐａ。近期，利用真空室的縮線圈形成場剪切結(jié)構(gòu)，等離子體密逡逑度達到３ｘｌ0１８ｍ＿３，總溫度約為１００ｅＶ，放電可持續(xù)３００叩［１］。２０１５年，俄羅斯ＧＤＴ逡逑裝置（如圖１．２所示）中

１．２．３環(huán)裝置逡逑１、多極器：與下面介紹的托卡馬克和仿星器不同，多極器的磁場主要或完全在角逡逑向。在等離子體內(nèi)安裝載流導線用于形成平均磁阱，使等離子體達到平衡和穩(wěn)定。圖１．３逡逑是美國通用原子公司八極器裝置的磁力線示意圖，四個導體環(huán)是由穿過等離子體的小金逡逑３逡逑

【參考文獻】

相關(guān)期刊論文 前1條

1 潘傳紅;;國際熱核實驗反應(yīng)堆(ITER)計劃與未來核聚變能源[J];物理;2010年06期

本文編號：2715975