【摘要】：在托卡馬克等離子體中,由于溫度、密度以及磁場(chǎng)的空間不均勻性,產(chǎn)生了各種不穩(wěn)定性,這些不穩(wěn)定性進(jìn)一步發(fā)展就會(huì)引起湍流輸運(yùn),從而影響等離子體的約束性能。因此,如何抑制湍流輸運(yùn)就成為了磁約束聚變研究中一個(gè)非常重要的課題。研究發(fā)現(xiàn)帶狀流可以通過E×B剪切作用有效降低湍流輸運(yùn)的水平,從而改善等離子體的約束性能。因此研究帶狀流物理具有非常重要的意義。測(cè)地聲模(GAM)作為帶狀流的高頻分支,可由漂移波湍流通過非線性相互作用所驅(qū)動(dòng),反過來又會(huì)抑制漂移波湍流,因此也得到了廣泛的關(guān)注。本文主要利用回旋動(dòng)理學(xué)理論研究了托卡馬克等離子體中轉(zhuǎn)動(dòng)和雜質(zhì)對(duì)GAM的影響以及電磁GAM的磁分量。同時(shí),還利用回旋動(dòng)理學(xué)程序GEM對(duì)電磁GAM進(jìn)行了模擬研究。我們首先研究了由平衡徑向電場(chǎng)產(chǎn)生的等離子體極向轉(zhuǎn)動(dòng)對(duì)GAM碰撞阻尼的影響。從包含極向轉(zhuǎn)動(dòng)和Krook碰撞算子的回旋動(dòng)理學(xué)方程出發(fā),然后利用準(zhǔn)中性條件,我們得到了GAM的色散關(guān)系。通過對(duì)色散關(guān)系進(jìn)行理論和數(shù)值求解,我們研究了不同離子碰撞率下極向轉(zhuǎn)動(dòng)對(duì)GAM碰撞阻尼的影響。結(jié)果表明:(1)當(dāng)安全因子較小,且離子碰撞率較小或中等時(shí),極向轉(zhuǎn)動(dòng)會(huì)減小GAM的碰撞阻尼率;離子碰撞率較大時(shí),極向轉(zhuǎn)動(dòng)會(huì)使GAM的碰撞阻尼率先減小后增大。(2)當(dāng)安全因子較大時(shí),極向轉(zhuǎn)動(dòng)總會(huì)使GAM的碰撞阻尼率減小,且碰撞率越大,影響越明顯。另外,通過比較GAM的碰撞阻尼和無碰撞阻尼,我們得到了臨界碰撞率的大小并與實(shí)驗(yàn)參數(shù)進(jìn)行了比較。同時(shí)我們簡(jiǎn)單分析了極向轉(zhuǎn)動(dòng)影響GAM碰撞阻尼的原因。接著我們理論研究了環(huán)向轉(zhuǎn)動(dòng)等離子體中雜質(zhì)對(duì)GAM無碰撞阻尼的影響。為了方便,我們只考慮碳和鎢兩種比較典型的雜質(zhì)來分別研究非微量雜質(zhì)和微量雜質(zhì)對(duì)GAM的影響。研究結(jié)果表明:(1)對(duì)于非微量雜質(zhì),無轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí),雜質(zhì)濃度和質(zhì)量數(shù)可以顯著地減小GAM的頻率而增大其阻尼率,而雜質(zhì)電荷數(shù)對(duì)GAM幾乎沒有影響。存在轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí),雜質(zhì)濃度仍然對(duì)GAM有顯著的影響,而且轉(zhuǎn)動(dòng)速度越大,影響越明顯。另一方面,存在雜質(zhì)時(shí),轉(zhuǎn)動(dòng)仍然會(huì)增大GAM的頻率而減小其阻尼率。但是,隨著雜質(zhì)濃度的增大,轉(zhuǎn)動(dòng)對(duì)GAM的影響逐漸減小。(2)無轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí),微量雜質(zhì)對(duì)GAM幾乎沒有影響。有轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí),在弱轉(zhuǎn)動(dòng)情況下,微量雜質(zhì)對(duì)GAM仍然沒有影響;但在強(qiáng)轉(zhuǎn)動(dòng)情況下,微量雜質(zhì)會(huì)顯著地增大GAM的頻率而減小其阻尼率。另一方面,微量雜質(zhì)會(huì)使轉(zhuǎn)動(dòng)對(duì)GAM的影響明顯增強(qiáng)。(3)同位素效應(yīng)可以顯著地減小GAM的頻率和阻尼率。同時(shí),同位素效應(yīng)還可以減弱雜質(zhì)對(duì)GAM的影響,而使轉(zhuǎn)動(dòng)對(duì)GAM的影響增強(qiáng)。最后,我們首先理論研究了電磁GAM的磁分量,并推導(dǎo)了不同磁分量幅度的表達(dá)式,其中主要考慮了逆縱橫比與通行頻率的耦合。研究結(jié)果表明:(1)所有磁分量的幅度都與很多等離子體參數(shù)有關(guān)。(2)極向模數(shù)m=1和m=2的磁分量都存在正弦和余弦分量,而且都是正弦分量占主導(dǎo)。(3)逆縱橫比對(duì)m=1和m=2的磁分量都有較大影響。當(dāng)逆縱橫比較小時(shí),m=2磁分量的幅度會(huì)遠(yuǎn)大于m=1磁分量的幅度,這和以前的結(jié)果是一致的。當(dāng)逆縱橫比足夠大時(shí),m=1磁分量的幅度將與m=2磁分量的幅度可比甚至接近。這也是本論文跟之前結(jié)果中的最大不同之處。接著我們利用回旋動(dòng)理學(xué)程序GEM對(duì)電磁GAM進(jìn)行了數(shù)值模擬研究,并與理論結(jié)果進(jìn)行了簡(jiǎn)單對(duì)比,結(jié)果表明模擬結(jié)果與理論結(jié)果定性上符合的比較好。同時(shí)還發(fā)現(xiàn),電磁效應(yīng)對(duì)GAM頻率和阻尼的影響都很小。
【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】：2019
【分類號(hào)】：TL631.24
【圖文】：

國(guó)內(nèi)部分高校也打算近期或不久的將來建造仿星器裝置。逡逑托卡馬克是由前蘇聯(lián)科學(xué)家塔姆和阿齊莫維齊等人在２０世紀(jì)５０年代發(fā)明逡逑的一種環(huán)形真空裝置。如圖１．１所示，其外形看起來就像一個(gè)平放的汽車輪胎，逡逑外面纏繞著環(huán)向場(chǎng)線圈來產(chǎn)生強(qiáng)的環(huán)向磁場(chǎng)，然后和等離子體環(huán)向電流所產(chǎn)生逡逑的小的極向磁場(chǎng)形成封閉的螺旋狀磁場(chǎng)，以此來約束住裝置中由于極高溫度而逡逑變成等離子體態(tài)的聚變?nèi)剂稀Ｍ锌R克裝置與仿星器最大的不同之處就是需要逡逑由外部縱向線圈感應(yīng)出環(huán)向電流來產(chǎn)生極向磁場(chǎng)，所以大大降低了制造工藝的逡逑難度和成本。但是由于等離子體環(huán)向電流而導(dǎo)致的各種不穩(wěn)定性和大破裂事件逡逑２逡逑

簡(jiǎn)單忽略了。逡逑最近，高U喞冒耍潁錚錚肱鱟菜闋擁幕匭硌Х匠討匭卵繡沉隋澹牽粒灣義系吶鱟滄枘幔埃蕁＝峁繽跡保此荊詰團(tuán)鱟猜是榭魷攏矗跡跡筆�，苛Ｍ的伭x嚇鱟滄枘嵴扔誒胱優(yōu)鱟猜�，这与文献｀P保常蕕慕峁舊鮮且恢碌�。只是由诱E懾義嫌玫氖遣煌吶鱟菜闋櫻韻凳暈⒂械悴灰謊�。而且离變�(yōu)鱟猜識(shí)裕牽粒灣義系鈉德始負(fù)趺揮跋�。栽嵾坯c猜是榭魷攏矗鈴問�，苛Ｍ祬洒c滄枘嶧崴孀佩義俠胱優(yōu)鱟猜手鸞ゼ跣　４聳�，坯c殘вΧ裕牽粒偷鈉德室燦忻饗緣撓跋歟崾瑰義希牽粒偷鈉德手鸞ゼ跣�。与文献的结果比綅{芍�，之前的结果可诣�闖墑塹灣義嚇鮫曷是榭魷碌囊桓鎏乩�。需要仲x齙氖牽飧黿峁怯米羆虻サ模耍潁錚錚肱鱟插義纖闋擁玫降模贍懿皇嗆蘢既貳Ｎ聳溝玫降模牽粒偷吶鱟滄枘岣幼既罰瑰義鮮切枰酶幼既返幣哺癰叢擁吶鱟菜闋永唇屑撲�。接着棱侇禑崴辶x俠悶貧硌Х匠碳絳裕牽粒偷吶鱟滄枘嶠辛頌致

本文編號(hào)：2730748