【摘要】：射頻波電流驅(qū)動(dòng)和加熱對(duì)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(dòng)等離子體電流或?qū)Φ入x子體進(jìn)行加熱之前,波會(huì)先在邊界和等離子體相互作用。尤其是用于電流驅(qū)動(dòng)的低雜波對(duì)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(dòng)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(duì)提高射頻波加熱和電流驅(qū)動(dòng)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(cè)量的結(jié)果,圍繞低雜波、離子回旋波對(duì)邊界密度行為的影響開(kāi)展相關(guān)的實(shí)驗(yàn)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(chǎng)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(duì)稱(chēng)性的決定因素。通過(guò)分析2.45 GHz和4.6 GHz天線探針數(shù)據(jù)和可見(jiàn)相機(jī)圖像,對(duì)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(duì)流效應(yīng)會(huì)影響天線附近密度的輸運(yùn)過(guò)程,導(dǎo)致其密度分布的不均勻性和極向分布的不對(duì)稱(chēng)性。進(jìn)一步分析了E × B的極向分量和徑向分量、未擾動(dòng)等離子體電勢(shì)、中性氣體電離等因素對(duì)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(dòng)等離子體電勢(shì)不會(huì)對(duì)密度的分布造成決定影響,它只會(huì)對(duì)E × B徑向分量導(dǎo)致的密度分布做出一定修正。考慮中性氣體的電離后,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(shì)不再對(duì)等,使模擬計(jì)算的結(jié)果更加接近實(shí)驗(yàn)測(cè)量結(jié)果。2)通過(guò)對(duì)探針離子飽和流、低雜波反射系數(shù)進(jìn)行高階矩統(tǒng)計(jì)、相干分析,研究H模放電對(duì)低雜波與等離子體耦合的影響。研究表明密度擾動(dòng)和反射系數(shù)在高階統(tǒng)計(jì)屬性上(偏度)存在著反比關(guān)系;通過(guò)對(duì)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(shí)間內(nèi)增加的更多,導(dǎo)致此時(shí)低雜波耦合比高頻、小幅度ELMs和ELM-free時(shí)要好。這些分析為以前實(shí)驗(yàn)的統(tǒng)計(jì)結(jié)果提供了重要依據(jù)和數(shù)據(jù)支持。3)通過(guò)對(duì)離子回旋波加熱時(shí)的探針離子飽和流進(jìn)行高階矩統(tǒng)計(jì)分析、相干分析和功率譜分析,首次對(duì)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(shí)密度相對(duì)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(méi)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(duì)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(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】：2017
【分類(lèi)號(hào)】：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(lèi)社會(huì)進(jìn)入“石油時(shí)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(jià)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(guó)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(shí)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(kù)倫排斥作用力最��；另外，實(shí)驗(yàn)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(gè)條件，逡逑Ｄ和Ｔ的聚變反應(yīng)最容易實(shí)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(huà)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(shí)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(gè)很短的時(shí)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(duì)參逡逑與反應(yīng)的等離子體氣體的密度、溫度及約束時(shí)間三者有一個(gè)要求，即自持燃燒條逡逑件。自持燃燒的推導(dǎo)非常簡(jiǎn)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(kù)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(lái)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(chǎng)是縱向磁場(chǎng)。縱向磁場(chǎng)是由環(huán)繞真空室外面的一系列螺線線圈產(chǎn)生。因?yàn)殄义暇圩兎磻?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(chǎng)，且受逡逑到工程技術(shù)和材料的限制，中心的縱向磁場(chǎng)強(qiáng)度最高可以達(dá)到６－８邋Ｔ。另外，簡(jiǎn)逡逑單的縱向磁場(chǎng)不可能實(shí)現(xiàn)對(duì)等離子體的有效約束，還需要極向磁場(chǎng)來(lái)平衡等離子逡逑體壓強(qiáng)。在托卡馬克中，主要的極向磁場(chǎng)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(wàn)寶年;李建剛;錢(qián)金平;李二眾;劉甫坤;趙燕平;王茂;徐e醵

本文編號(hào)：2773625