【摘要】：在磁約束聚變等離子體輔助加熱和發(fā)生聚變反應(yīng)的過(guò)程中會(huì)有大量高能量粒子產(chǎn)生,這些高能量粒子會(huì)激發(fā)起一些磁流體波,比如阿爾芬本征模和高能量粒子模,反過(guò)來(lái),這些磁流體波的存在又會(huì)造成高能量粒子的損失,從而降低加熱效率。因此,高能量離子對(duì)磁流體波的激發(fā)及它們之間的相互作用是磁約束聚變等離子體中非常重要的問(wèn)題。本論文用動(dòng)理學(xué)-磁流體混合程序MEGA模擬研究了 EAST托卡馬克中高能量粒子與阿爾芬本征模和高能量離子與魚(yú)骨模之間的相互作用�；贓AST上中性束注入加熱的真實(shí)等離子體平衡位型,本文研究了由中性束注入產(chǎn)生的高能量離子激發(fā)的環(huán)向阿爾芬本征模。我們把動(dòng)理學(xué)-磁流體混合程序MEGA與M3D-K的模擬結(jié)果做了詳細(xì)對(duì)比,結(jié)果表明,在EAST的中性束注入的高能量離子參數(shù)范圍內(nèi),兩個(gè)程序計(jì)算結(jié)果符合的很好。由于EAST上中性束注入產(chǎn)生的離子速度較低,所以主要為|v‖|≈V0/3的高能量離子與環(huán)向阿爾芬本征模發(fā)生相互作用,且模擬發(fā)現(xiàn)反電流方向的高能量離子激發(fā)起的環(huán)向阿爾芬本征模的增長(zhǎng)率要小于通電流方向的高能量離子激發(fā)的環(huán)向阿爾芬本征模的增長(zhǎng)率。本文還基于EAST上觀測(cè)到魚(yú)骨模的平衡,研究了中性束注入產(chǎn)生的高能量離子與魚(yú)骨模的相互作用。早期的理論分析一般考慮單一的通行或單一的俘獲高能量粒子效應(yīng)。本文中高能量離子分布用慢化分布來(lái)描述,其中包含了通行和俘獲兩種高能量離子。模擬結(jié)果表明,在魚(yú)骨模的線性激發(fā)階段,通行和俘獲高能量離子都是非常重要的。非線性的模擬結(jié)果表明,當(dāng)魚(yú)骨模達(dá)到飽和階段時(shí),魚(yú)骨模的頻率會(huì)發(fā)生向下啁啾,且該過(guò)程還伴隨著垂直方向高能量離子壓強(qiáng)的展平。模擬還發(fā)現(xiàn),在模的飽和階段與魚(yú)骨模發(fā)生相互作用的離子主要為俘獲離子,且俘獲離子的共振位置隨著模的演化在徑向會(huì)向外移動(dòng)。模擬計(jì)算出的魚(yú)骨模的飽和幅度與EAST實(shí)驗(yàn)測(cè)量一致。本文還做了一些關(guān)于魚(yú)骨模頻率與增長(zhǎng)率對(duì)高能量離子參數(shù)的掃描工作,模擬結(jié)果與前人的工作都符合的較好。本文關(guān)于兩程序的對(duì)比工作為以后兩程序在EAST上開(kāi)展更深入的研究提供了保障,高能量離子與磁流體波之間相互作用的模擬工作對(duì)實(shí)驗(yàn)上的相關(guān)研究提供了理論參考。
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類(lèi)號(hào)】：TL631.24
【圖文】：

托卡馬克中的磁場(chǎng)分為環(huán)向磁場(chǎng)和極向磁場(chǎng)，其中環(huán)向磁場(chǎng)是由外部通電逡逑的極向線圈產(chǎn)生，極向磁場(chǎng)主要由等離子體環(huán)向電流產(chǎn)生。二者疊加起來(lái)，在托逡逑卡馬克中形成了螺旋形磁場(chǎng)位型，如圖１．３所示，等離子體就是被這樣的螺旋形逡逑磁場(chǎng)所約束。要達(dá)到發(fā)生核聚變反應(yīng)和自持加熱的條件，等離子體首先需要達(dá)到逡逑非常高的密度和溫度狀態(tài)，所以實(shí)現(xiàn)聚變的第一步就是通過(guò)各種手綠加熱等離逡逑子體。托卡馬克的加熱流程為：首先通過(guò)歐姆加熱將等離子體加熱到幾千萬(wàn)攝氏逡逑度，然后通過(guò)輔助加熱手段，比如中性束注入、離子回旋加熱和低雜波加熱等手逡逑段，進(jìn)一步加熱等離子體，提高等離子體參數(shù)。逡逑１．歐姆加熱逡逑在托卡馬克外部的變壓器繞組中通上逐漸變化的電流，等離子體中可感應(yīng)逡逑出環(huán)向電流，被稱(chēng)為等離子體環(huán)向電流。等離子體環(huán)向電流對(duì)整個(gè)等離子體平衡逡逑有很大影響，同時(shí)該電流也可以通過(guò)離子－電子之間的碰撞，即電阻效應(yīng)，加熱逡逑等離子體

邋Ｅｘ＾ａ＂ｓｅｒ邋Ｔｕｒｂｉｎｅ邋＝邋Ｇｅｐｅｒａｔｏｒ邋—二：逡逑￣￣Ｓｔｅａｍ逡逑圖１．１利用核聚變產(chǎn)生的能量發(fā)電示意圖ＨＩ逡逑時(shí)間可以更長(zhǎng)，更適合作為未來(lái)核電站的長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行模式。在磁約束核聚變領(lǐng)域逡逑中，有托卡馬克、反場(chǎng)箍縮、仿星器和磁鏡等裝置。目前托卡馬克是最熱門(mén)的裝逡逑置，其中已建成的裝置有美國(guó)的ＤＨＮＤ、歐洲的ＪＥＴ、中國(guó)的ＥＡＳＴ邋（Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ逡逑Ａｄｖａｎｃｅｄ邋Ｓｕｐｅｒｃｏｎｄｕｃｔｉｎｇ邋Ｔｏｋａｍａｋ）和ＨＬ－２Ａ等、國(guó)際上正在建造的為了驗(yàn)證逡逑托卡馬克聚變堆物理和實(shí)驗(yàn)的大型裝置國(guó)際熱核聚變實(shí)驗(yàn)堆（ＩＴＥＲ）和中國(guó)未逡逑來(lái)要建造的ＣＦＴＥＲ。本文所研宄內(nèi)容主要是關(guān)于ＥＡＳＴ托卡馬克中的相關(guān)問(wèn)題。逡逑１．２等離子體的加熱和高能量粒子的產(chǎn)生逡逑托卡馬克中的磁場(chǎng)分為環(huán)向磁場(chǎng)和極向磁場(chǎng)，其中環(huán)向磁場(chǎng)是由外部通電逡逑的極向線圈產(chǎn)生，極向磁場(chǎng)主要由等離子體環(huán)向電流產(chǎn)生。二者疊加起來(lái)，在托逡逑卡馬克中形成了螺旋形磁場(chǎng)位型，如圖１．３所示，等離子體就是被這樣的螺旋形逡逑磁場(chǎng)所約束。要達(dá)到發(fā)生核聚變反應(yīng)和自持加熱的條件，等離子體首先需要達(dá)到逡逑非常高的密度和溫度狀態(tài)

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本文編號(hào)：2721587