【摘要】：射頻波電流驅(qū)動和加熱對于托卡馬克的穩(wěn)態(tài)高約束運(yùn)行至關(guān)重要。在驅(qū)動等離子體電流或?qū)Φ入x子體進(jìn)行加熱之前,波會先在邊界和等離子體相互作用。尤其是用于電流驅(qū)動的低雜波對邊界的密度要求更為苛刻,它的邊界功率耦合和內(nèi)部電流驅(qū)動都與邊界的密度及其漲落有關(guān),因此研究射頻波與邊界密度及漲落之間的相互作用對提高射頻波加熱和電流驅(qū)動能力具有十分重要的意義。全文主要根據(jù)低雜波天線探針測量的結(jié)果,圍繞低雜波、離子回旋波對邊界密度行為的影響開展相關(guān)的實驗研究和模擬分析。主要內(nèi)容如下:1)首次利用4.6GHz低雜波天線上、下探針研究了不同放電條件下(磁場方向、低雜波功率)天線附近的密度行為,發(fā)現(xiàn)了造成低雜波天線端口密度不均勻性和極向不對稱性的決定因素。通過分析2.45 GHz和4.6 GHz天線探針數(shù)據(jù)和可見相機(jī)圖像,對比兩套天線附近密度分布上的異同,并進(jìn)行了分析和模擬研究。低雜波功率引起的E× B對流效應(yīng)會影響天線附近密度的輸運(yùn)過程,導(dǎo)致其密度分布的不均勻性和極向分布的不對稱性。進(jìn)一步分析了E × B的極向分量和徑向分量、未擾動等離子體電勢、中性氣體電離等因素對密度分布的影響。模擬發(fā)現(xiàn)造成以上密度分布的決定性因素是E × B的徑向分量,徑向?qū)α鞣较蛟诓▽?dǎo)中心兩側(cè)是相反的,導(dǎo)致了偏離波導(dǎo)中心的密度“峰”、“谷”結(jié)構(gòu)。E × B的極向分量和未擾動等離子體電勢不會對密度的分布造成決定影響,它只會對E × B徑向分量導(dǎo)致的密度分布做出一定修正�？紤]中性氣體的電離后,天線端口的密度整體增加,上、下探針處的密度隨功率的增加或減小的趨勢不再對等,使模擬計算的結(jié)果更加接近實驗測量結(jié)果。2)通過對探針離子飽和流、低雜波反射系數(shù)進(jìn)行高階矩統(tǒng)計、相干分析,研究H模放電對低雜波與等離子體耦合的影響。研究表明密度擾動和反射系數(shù)在高階統(tǒng)計屬性上(偏度)存在著反比關(guān)系;通過對離子飽和流進(jìn)行相干分析,發(fā)現(xiàn)了不同ELMs形態(tài)造成耦合差異的原因:低頻、大幅度ELMs的爆發(fā)使天線端口密度在單位時間內(nèi)增加的更多,導(dǎo)致此時低雜波耦合比高頻、小幅度ELMs和ELM-free時要好。這些分析為以前實驗的統(tǒng)計結(jié)果提供了重要依據(jù)和數(shù)據(jù)支持。3)通過對離子回旋波加熱時的探針離子飽和流進(jìn)行高階矩統(tǒng)計分析、相干分析和功率譜分析,首次對EAST上離子回旋波抑制間歇性爆發(fā)事件(“blobs”)進(jìn)行了研究,確定了兩套離子回旋天線抑制“blobs”的閾值功率范圍。研究發(fā)現(xiàn)與探針有磁鏈接的I窗口 ICRF天線抑制“blobs”的閾值功率小于0.5 MW,此時密度相對漲落下降達(dá)到45%,離子飽和流的幾率密度函數(shù)(PDF)接近于高斯分布;而與探針沒有磁鏈接的B窗口ICRF天線抑制“blobs”的閾值功率大于1.0MW,在0.5-1.0MW的功率范圍內(nèi),隨功率的增加,密度相對漲落下降11%-30%,離子飽和流的PDF逐漸接近高斯分布。E × 剪切流可能是“blobs”被抑制的原因。
【學(xué)位授予單位】：中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：TL631.24
【圖文】：

源消費(fèi)結(jié)構(gòu)中的占比逐年下降。到二十世紀(jì)中葉，石油取代了煤炭占居首位，人逡逑類社會進(jìn)入“石油時代”。到１９７９年，一次能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)的份額是：石油占４８％，逡逑天然氣占１８％，煤炭占２７％，石油和天然氣總和高達(dá)６６％邋（圖１－１），這是能逡逑源利用的第二次轉(zhuǎn)換。逡逑／ｊ億美兒（２０１２年美允價值）Ｉ億噸汕逡逑２２０邐／邋４４邐５0％邋ｈ邋Ｍ逡逑Ｇ７邐４。％逡逑１７０邐／邐３４邐＼逡逑／邐２０％逡逑７０邐Ｊ邐１４逡逑源邐１0％邋水電邋邋邐—＾逡逑２０Ｉ邋丨右軸）４邐０％邐源邐＊逡逑１９６５邐２０００邐２０３５邐１９６５邐２０００邐２０３５逡逑圖Ｍ國內(nèi)生產(chǎn)總值和能源的關(guān)系？，世界一次能源的份額。（引自《ＢＰ２０３５世界能源展逡逑望》）逡逑１逡逑

輕核之間的聚變反應(yīng)必須在熱核條件下才能實現(xiàn)。顯然，Ｈ和其同位素Ｄ、逡逑Ｔ的帶電荷最少，原子核之間的庫倫排斥作用力最�。涣硗�，實驗上也發(fā)現(xiàn)，Ｄ逡逑和Ｔ的反應(yīng)截面較之其他輕核的反應(yīng)截面都大（如圖１－３）。結(jié)合以上兩個條件，逡逑Ｄ和Ｔ的聚變反應(yīng)最容易實現(xiàn)。它們的反應(yīng)公式為逡逑Ｄ邋＋邋Ｔ邋＾邋ｎ邋（１４．０７ＭｅＶ）邋＋邋４Ｈｅ邋（３．５２ＭｅＶ）逡逑Ｄ邋＋邋Ｄ邋—邋ｎ（２＿４５ＭｅＶ）邋＋邋３Ｈｅ（０．８２ＭｅＶ）邋（５０％）邐（１＿１）逡逑ｐ邋（３．０２ＭｅＶ）邋＋邋Ｔ邋（ｌ．ＯｌＭｅＶ）邋（５０％）逡逑畫翻逡逑１０邐Ｘ）２邐Ｋ）３邐１０４邐１邐１０邐１０２邐１０３逡逑Ｐｒｏｊｅｃｔｉｌｅ邋ｅｎｅｒｇｙ邋（ｋｅＶ）邐Ｋｉｎｅｔｉｃ邋ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ邋（ｋ？Ｖ）逡逑（ａ）邐（ｂ）逡逑圖１－３邐（ａ）聚變反應(yīng)截面隨能量的變化（ｂ）聚變反應(yīng)的反應(yīng)率系數(shù)隨離子溫度的變化逡逑如上所述，要實現(xiàn)聚變反應(yīng)，需要很高的溫度，在這種情況下，Ｄ、Ｔ等原逡逑子都將被電離成為等離子體。處于高溫下的等離子體的不穩(wěn)定性，使它只能被約逡逑束一個很短的時間。為了使足夠數(shù)量的等離子體氣體發(fā)生自持的聚變反應(yīng)，對參逡逑與反應(yīng)的等離子體氣體的密度、溫度及約束時間三者有一個要求，即自持燃燒條逡逑件。自持燃燒的推導(dǎo)非常簡單，可以由等離子體得失能量平衡得出，逡逑５逡逑

線構(gòu)成的環(huán)向等離子體約束系統(tǒng)［５］。它是上世紀(jì)５０年代由前蘇聯(lián)庫爾恰托夫研逡逑宄所的阿齊莫維齊等人發(fā)明的，其英文名字Ｔｏｋａｍａｋ來源于環(huán)形（ｔｏｒｏｉｄａｌ）、真空逡逑室（ｋａｍｅｒａ）、磁（ｍａｇｎｅｔ）、線圈（ｋｏｔｕｓｈｋａ）。圖１－４是托卡馬克基本原理圖，其主逡逑要磁場是縱向磁場�？v向磁場是由環(huán)繞真空室外面的一系列螺線線圈產(chǎn)生。因為逡逑聚變反應(yīng)堆中的等離子體的壓強(qiáng)很大，約束高壓等離子體需要很強(qiáng)的磁場，且受逡逑到工程技術(shù)和材料的限制，中心的縱向磁場強(qiáng)度最高可以達(dá)到６－８邋Ｔ。另外，簡逡逑單的縱向磁場不可能實現(xiàn)對等離子體的有效約束，還需要極向磁場來平衡等離子逡逑體壓強(qiáng)。在托卡馬克中，主要的極向磁場是由環(huán)向的等離子體電流／ｐ產(chǎn)生，這一逡逑６逡逑

【參考文獻(xiàn)】

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1 龔先祖;萬寶年;李建剛;錢金平;李二眾;劉甫坤;趙燕平;王茂;徐e醵

本文編號：2773625