托卡馬克是最可能實現(xiàn)可控磁約束核聚變的實驗裝置之一。等離子體與器壁相互作用是托卡馬克研究中最重要的問題之一,其直接影響裝置的壽命以及穩(wěn)態(tài)可控放電,而偏濾器是等離子體與器壁相互作用的主要區(qū)域。在高等離子體熱流轟擊下,尤其是邊緣局域模和等離子體破裂情況,偏濾器靶板會受到損傷,從而縮短托卡馬克裝置的壽命。另外等離子體轟擊器壁材料會濺射產(chǎn)生雜質(zhì),進入芯部的雜質(zhì)太多可能引起芯部等離子體熄火。托卡馬克實驗復(fù)雜且成本高昂,數(shù)值模擬為等離子體與器壁相互作用研究提供一個非常重要的研究手段。由于生產(chǎn)工藝限制以及等離子體轟擊,偏濾器靶板表面具有不同程度的粗糙度,相應(yīng)的物理濺射也會有所不同。另外,為了減小熱應(yīng)力及渦旋電流效應(yīng),偏濾器靶板是由很多瓦片拼接而成,瓦片之間的縫隙會引起燃料滯留和加劇瓦片邊緣濺射等問題。為了研究這些問題,我們需要關(guān)注靶板附近等離子體密度和溫度等參數(shù)的分布,而這些參數(shù)又與整個刮削層密切相關(guān)。本文開發(fā)了一維和二維的并行粒子程序,對偏濾器靶板侵蝕及刮削層等離子體的相關(guān)問題進行模擬研究。第一章介紹了本文研究背景,第二章給出了本文采用的數(shù)值方法和模擬程序,其它各章研究內(nèi)容分別為:第三章采用二維粒子程序,應(yīng)用階梯網(wǎng)格的方法處理不規(guī)則邊界,自洽地計算了碳靶粗糙壁附近的電勢分布,并研究了等離子體溫度、粗糙表面形貌和磁場強度對氘離子局域角分布和物理濺射產(chǎn)額的影響。結(jié)果顯示,等離子體溫度對物理濺射的影響主要源于離子轟擊能量;物理濺射產(chǎn)額隨著粗糙壁谷底寬度以及磁場強度的增加而增加。第四章依然采用二維粒子程序,模擬研究了不同形狀的瓦片邊緣對熱流密度分布的影響,以及低Z雜質(zhì)離子對瓦片的物理濺射,為偏濾器瓦片設(shè)計提供參考。模擬發(fā)現(xiàn),在縫隙面向等離子體的瓦片邊緣附近,等離子體粒子流密度、熱流密度以及雜質(zhì)離子的侵蝕速率非常高。對于極向縫隙,面向等離子體一側(cè)的瓦片邊緣做成圓邊會降低熱流密度峰值。第五章采用一維粒子程序模擬研究了刮削層等離子體沿磁力線的輸運過程,以及碳原子注入和氘再循環(huán)對等離子體的影響。自洽地計算了等離子體密度、溫度和電勢等分布以及等離子體鞘層結(jié)構(gòu),并給出了靶板附近電子和離子的速度分布函數(shù)。模擬結(jié)果顯示,在注入碳原子或考慮氘再循環(huán)情況下,靶板附近的電子密度升高,電子溫度降低,鞘層電勢降降低,入射到靶板的熱流降低,從而降低等離子體對靶板的侵蝕。
【學(xué)位單位】：大連理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TL631.24
【部分圖文】：

產(chǎn)物中存在中子，這個中子還可以再次進行此反應(yīng)，這對氚增殖是非常有利的。鋰６和逡逑鋰７都是穩(wěn)定的元素，在自然界中儲量也很豐富，可使用３千萬年［１５］。鋰６在自然界的逡逑豐度是７．５％，鋰７的豐度是９２．５％。圖１．３給出了幾種元素被中子轟擊進行l(wèi)#增殖的反逡逑應(yīng)截面［１４，１６，１７］，從圖中可以看出，低能中子基本只與鋰６發(fā)生反應(yīng)，而當(dāng)中子能量大于逡逑５邋ＭｅＶ時，式１．１３的反應(yīng)截面大于式１．１２的反應(yīng)截面。根據(jù)式１．６氖l#反應(yīng)產(chǎn)生的中逡逑子能量為１４．１邋ＭｅＶ，因此高能中子開始主要進行式１．１３的反應(yīng)，在反應(yīng)中會損失能量，逡逑當(dāng)能量小于５邋ＭｅＶ時，主要發(fā)生式１．１２的反應(yīng)。對于鈹和鉛，高能中子可以與之反應(yīng)，逡逑但是低能中子不能，氚增值效率低。逡逑１０１邋：：：ｒ邋ｒ－Ｔ＇－ｐｒ－ｉｒｎＭｍ邐＼＂＼＼＼＼＼＼邋＾逡逑２邋二0＝二＝￣｜｜｜｜｜二逡逑＾邐（ｎ，0ｄ３Ｈ邐—￣ｊ邐Ｐｂ（ｎ，２ｎ）－．＞＾？＊＇逡逑ｉ邐ｌｕｉｉｍ逡逑匕邋一邐７Ｌｉ（ｎＪｎ／ａ）３Ｈ－，，ｑｉ逡逑１邐＝二二二：：：：：邋＝二邐丨一邋？逡逑１0ｒ２邐１0４邐１邐１０逡逑Ｎｅｕｔｒｏｎ邋ｅｎｅｒｇｙ

托卡馬克偏濾器靶板侵蝕及一維刮削層物理的粒子模擬研究等離子體被約束在較低密度下，但是能量約束時間相對較長。磁約束聚變克（本文研究重點）和仿星器等，都是采用此策略。需要注意的一點是和聚變裝置運行時間（等離子體放電時間）是不一樣的。目前托卡馬克體密度可以達到ｌ．0Ｘ１０２（）ｒｎ＿３量級，能量約束時間在秒量級。逡逑等離子體密度非常高但約束時間非常短。慣性約束就是這種情況，固態(tài)球被多束高能激光同時均勻照射。激光束照射會使小球表面受到很大向氚混合物被壓縮到很高的密度。慣性約束等離子體密度要比托卡馬克中出１１個量級，而約束時間在納秒量級。逡逑卡馬克裝置介紹逡逑

行磁場方向卻能自由運動，粒子和能量會很快損失掉，導(dǎo)致了能量約束時間太短。？個逡逑更好的方案是將磁場做成輪胎狀的…個閉環(huán)，帶電粒子沿著環(huán)向運動，避免上述線性裝逡逑置中等離子體沿著磁場的損失，圖１．５給出環(huán)磁場位型的剖面圖以及帶電粒子的漂移［１５Ｌ逡逑這種簡單的環(huán)位型是非常不穩(wěn)定的，環(huán)向磁場強度隨著大環(huán)半徑增大而減少，這導(dǎo)致了逡逑帶電粒子的磁場梯度漂移，漂移速度如下：逡逑１邐ＶＢｘＢ邐，…、逡逑＝邋±邋－邐－邋Ｂ２邐（１邋－２４）逡逑離子和電子的漂移速度都在垂直方向，但是方向相反，正負(fù)電荷分離導(dǎo)致很強的電場產(chǎn)逡逑生。這個電場又導(dǎo)致了邐漂移，漂移速度沿大環(huán)徑向向外，離子和電子漂移速度方向逡逑相同，等離子體整體有個向外的速度，最終毀壞約束。因為原來帶電粒子的磁場梯度漂逡逑－１１邋－逡逑

【相似文獻】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 金羽中;劉翔;陳蕾;練有運;王正裕;;多噴嘴氦冷偏濾器的優(yōu)化與分析[J];核聚變與等離子體物理;2017年01期

2 吳繼紅,張斧,嚴(yán)建成;模擬偏濾器材料熱疲勞性能研究[J];材料導(dǎo)報;2002年07期

3 李芳,徐文斌,石秉仁;開放型偏濾器平衡位形的數(shù)值計算[J];核聚變與等離子體物理;1989年01期

4 張錦華，高慶弟，李芳著，牟宗澤;托卡馬克放電過程中偏濾器位形的演化[J];核聚變與等離子體物理;1996年01期

5 黃艷;孫繼忠;桑超峰;胡萬鵬;王德真;;邊界局域模引起鎢偏濾器靶板侵蝕和形貌變化的數(shù)值模擬研究[J];物理學(xué)報;2017年03期

6 吳繼紅,張斧,許增裕,嚴(yán)建成;偏濾器高熱負(fù)荷材料研究[J];核科學(xué)與工程;2003年02期

7 鄧柏權(quán),彭利林,嚴(yán)建成,黃錦華;偏濾器材料濺射過程的數(shù)值研究(英文)[J];中國核科技報告;2003年01期

8 洪文玉;嚴(yán)龍文;程均;趙開君;錢俊;王明旭;;HL-2A裝置送氣和加料的脫靶特性[J];核聚變與等離子體物理;2008年04期

9 曲文孝,馮桂云;帶偏濾器的托卡馬克中等離子體穩(wěn)態(tài)徑向輸運的數(shù)值解[J];核聚變與等離子體物理;1982年04期

10 常小博;宋云濤;彭學(xué)兵;卯鑫;;聚變堆熔鹽冷卻偏濾器靶板結(jié)構(gòu)設(shè)計與分析[J];核聚變與等離子體物理;2018年03期

相關(guān)會議論文 前10條

1 歐靖;;模擬分析在偏濾器脫靶狀態(tài)下的高馬赫數(shù)流[A];第十四屆全國等離子體科學(xué)技術(shù)會議暨第五屆中國電推進技術(shù)學(xué)術(shù)研討會會議摘要集[C];2009年

2 歐靖;;數(shù)值分析東方超環(huán)的偏濾器運行空間[A];第十五屆全國等離子體科學(xué)技術(shù)會議會議摘要集[C];2011年

3 周海山;劉皓東;安仲慶;丁芳;羅廣南;;氘在銅合金中的滲透滯留行為[A];第二屆中國氚科學(xué)與技術(shù)學(xué)術(shù)交流會論文集[C];2017年

4 彭海鷗;陳銀華;時桂芬;鄭聚高;;Tokamak邊緣區(qū)磁場混沌結(jié)構(gòu)的研究[A];第十五屆全國等離子體科學(xué)技術(shù)會議會議摘要集[C];2011年

5 桑超峰;孫繼忠;戴舒宇;徐倩;王德真;;托卡馬克偏濾器瓦片縫隙等離子體及燃料滯留模擬研究[A];第十六屆全國等離子體科學(xué)技術(shù)會議暨第一屆全國等離子體醫(yī)學(xué)研討會會議摘要集[C];2013年

6 韓曉玉;余德良;段旭如;;HL-2A多道可見光譜系統(tǒng)測量的初步結(jié)果[A];第十三屆全國等離子體科學(xué)技術(shù)會議論文集[C];2007年

7 李敏;周宇璐;張寶玲;侯氫;;氦輻照鎢表面行為的分子動力學(xué)模擬研究[A];第五屆反應(yīng)堆物理與核材料學(xué)術(shù)研討會、第二屆核能軟件自主化研討會會議摘要集[C];2011年

8 崔明煥;王志光;姚存峰;申鐵龍;龐立龍;孫建榮;朱亞濱;盛彥斌;魏孔芳;;氦離子轟擊引起的高純鎢硬化研究[A];第五屆反應(yīng)堆物理與核材料學(xué)術(shù)研討會、第二屆核能軟件自主化研討會會議摘要集[C];2011年

9 吳振偉;;EAST偏濾器等離子體的邊界充氣實驗研究[A];第十四屆全國等離子體科學(xué)技術(shù)會議暨第五屆中國電推進技術(shù)學(xué)術(shù)研討會會議摘要集[C];2009年

10 張凌;吳振偉;明廷鳳;高偉;楊建華;查文清;;EAST雙零偏濾器位形邊界等離子體光譜輻射行為[A];第十四屆全國等離子體科學(xué)技術(shù)會議暨第五屆中國電推進技術(shù)學(xué)術(shù)研討會會議摘要集[C];2009年

相關(guān)重要報紙文章 前9條

1 本報記者 白宇;中法共推“人造太陽”項目發(fā)展[N];中國電力報;2018年

2 記者 張懿;中國“人造太陽”創(chuàng)兩項紀(jì)錄[N];文匯報;2012年

3 蕭林　記者 吳長鋒;“東方超環(huán)”2010年實驗獲多項重要突破[N];科技日報;2010年

4 記者 汪永安;“東方超環(huán)”物理實驗獲重大突破[N];安徽日報;2016年

5 記者 汪永安;“東方超環(huán)”多項實驗獲重要突破[N];安徽日報;2010年

6 記者 吳長鋒;“東方超環(huán)”創(chuàng)造兩項世界紀(jì)錄[N];科技日報;2012年

7 本報記者 鄭煥斌;“人造太陽”背后的技術(shù)挑戰(zhàn)[N];科技日報;2013年

8 蔡敏楊文婷　;新一代“人造太陽”,多次成功放電[N];新華每日電訊;2007年

9 記者 汪永安;“東方超環(huán)”創(chuàng)兩項世界紀(jì)錄[N];安徽日報;2012年

相關(guān)博士學(xué)位論文 前10條

1 胡萬鵬;托卡馬克偏濾器靶板侵蝕及一維刮削層物理的粒子模擬研究[D];大連理工大學(xué);2018年

2 張鵬飛;托卡馬克邊界雜質(zhì)輸運相關(guān)研究[D];中國科學(xué)技術(shù)大學(xué);2018年

3 史博;EAST輔助加熱下偏濾器靶板熱流分布研究[D];中國科學(xué)技術(shù)大學(xué);2018年

4 李航;托卡馬克中先進偏濾器平衡位形計算[D];中國科學(xué)技術(shù)大學(xué);2017年

5 黃艷;邊界局域模熱負(fù)荷對鎢偏濾器靶板侵蝕的模擬研究[D];大連理工大學(xué);2016年

6 戴淮初;CFETR偏濾器模塊及其遙操作兼容結(jié)構(gòu)的設(shè)計與分析[D];中國科學(xué)技術(shù)大學(xué);2017年

7 杜海龍;EAST偏濾器靶板能流粒子流不對稱性SOLPS模擬研究[D];大連理工大學(xué);2017年

8 仰振東;EAST紅外可見集成診斷系統(tǒng)建立及其實驗研究[D];東華大學(xué);2016年

9 韓樂;偏濾器水冷鎢銅模塊傳熱與熱應(yīng)力問題研究[D];南京航空航天大學(xué);2015年

10 錢新元;鎢銅偏濾器靶板疲勞損傷與壽命研究[D];中國科學(xué)技術(shù)大學(xué);2017年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前10條

1 徐峰;Stark展寬用于計算EAST偏濾器脫靶等離子體電子密度的研究[D];中國科學(xué)技術(shù)大學(xué);2018年

2 常小博;聚變堆高溫熔鹽冷卻偏濾器靶板概念設(shè)計與分析[D];中國科學(xué)技術(shù)大學(xué);2017年

3 張倫;鎢偏濾器靶板粗糙表面在氘離子轟擊下的形貌變化模擬研究[D];大連理工大學(xué);2016年

4 劉秀;CFETR偏濾器靶板概念設(shè)計與分析[D];中國科學(xué)技術(shù)大學(xué);2016年

5 吳昊聲;基于SOLPS的CFETR雪花偏濾器的數(shù)值模擬[D];中國科學(xué)技術(shù)大學(xué);2015年

6 鄭志佳;邊界等離子體輸運模式的模擬研究[D];大連理工大學(xué);2016年

7 李玉東;碳和氘離子對偏濾器靶板粗糙表面侵蝕和沉積行為模擬[D];大連理工大學(xué);2017年

8 陳夏華;托卡馬克第一壁鎢瓦塊邊緣效應(yīng)研究[D];哈爾濱工程大學(xué);2016年

9 許崇楊;基于可見/紅外相機診斷系統(tǒng)的托卡馬克等離子體相關(guān)特性研究[D];合肥工業(yè)大學(xué);2017年

10 吳美薇;偏濾器靶板附近等離子體鞘層特性的模擬研究[D];大連理工大學(xué);2012年

本文編號：2817082