磁約束核聚變是目前可控核聚變實(shí)驗(yàn)研究中的最熱門的領(lǐng)域，有望通過和平利用聚變核能來為人類未來提供不竭和干凈的能源。目前的研究認(rèn)為，托卡馬克是最有發(fā)展前景的一種環(huán)形的磁約束聚變裝置。備受矚目的ITER計(jì)劃就將建造托卡馬克型實(shí)驗(yàn)堆以實(shí)現(xiàn)可持續(xù)放電，研究聚變反應(yīng)堆的工程及物理問題。 在托卡馬克裝置中用于約束等離子體的磁場(chǎng)可分為平衡磁場(chǎng)和擾動(dòng)磁場(chǎng)兩部分。二維的平衡磁場(chǎng)由螺旋形的磁力線繞嵌套的環(huán)面構(gòu)成，而擾動(dòng)磁場(chǎng)則有來自裝置建造中產(chǎn)生的誤差，周圍各種系統(tǒng)和導(dǎo)線產(chǎn)生的雜散場(chǎng)以及專門用于產(chǎn)生擾動(dòng)磁場(chǎng)的線圈的貢獻(xiàn)。共振擾動(dòng)線圈常用于產(chǎn)生徑向的擾動(dòng)磁場(chǎng)，是托卡馬克中用于磁流體力學(xué)不穩(wěn)定性主動(dòng)控制最有效的手段之一，尤其是在邊界局域模抑制的實(shí)驗(yàn)研究中，已經(jīng)取得了較好的效果。 本文的工作基于中國(guó)科學(xué)院等離子體物理研究所的托卡馬克裝置EAST開展。利用磁力線追蹤的方法，開發(fā)了用于模擬托卡馬克裝置中真空?qǐng)鱿氯S磁場(chǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的程序TOP2D。對(duì)托卡馬克中三維磁場(chǎng)的模擬結(jié)果顯示，共振擾動(dòng)磁場(chǎng)會(huì)使共振磁面上形成磁島，靠近磁分界面上相互重疊的磁島鏈產(chǎn)生了隨機(jī)磁場(chǎng)區(qū)域。磁分界面本身也會(huì)因磁場(chǎng)擾動(dòng)產(chǎn)生扭曲和分裂，與偏濾器靶板相連的位置不再是固定的單個(gè)條紋，而是分裂成多條紋的結(jié)構(gòu)。隨機(jī)磁場(chǎng)區(qū)域中的磁力線能夠因此與面向等離子體的第一壁相連，在偏濾器靶板上，磁力線的打擊點(diǎn)分布形成了螺旋條紋狀的圖案，常被稱作磁力線打擊點(diǎn)分裂形成的磁足跡圖。利用TOP2D程序的模擬結(jié)果，本文分析了不同擾動(dòng)場(chǎng)下擾動(dòng)譜型的共振性與邊界隨機(jī)磁場(chǎng)寬度及靶板上磁力線打擊點(diǎn)分裂程度的關(guān)系，說明了擾動(dòng)譜型對(duì)三維磁場(chǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的重要作用。 2014年EAST上開展的共振磁場(chǎng)擾動(dòng)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了共振磁場(chǎng)擾動(dòng)下三維磁場(chǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的形成。本文對(duì)實(shí)際實(shí)驗(yàn)設(shè)置的模擬結(jié)果與一些實(shí)驗(yàn)診斷系統(tǒng)如CCD相機(jī)、偏濾器探針等的數(shù)據(jù)進(jìn)行了定性的比較分析，說明了數(shù)值模擬對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果有可比較和參考的意義。在將來的實(shí)驗(yàn)中，模擬結(jié)果可以為實(shí)驗(yàn)提供更好的參考，并能夠結(jié)合實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)為理解邊界的輸運(yùn)過程，控制磁流體不穩(wěn)定提供更多物理分析和理解。EAST裝置上開展的共振磁場(chǎng)擾動(dòng)實(shí)驗(yàn)也將為未來的ITER計(jì)劃提供可靠的參考數(shù)據(jù)和技術(shù)積累。
【學(xué)位單位】：東華大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2015
【中圖分類】：TL631.24
【部分圖文】：

圖 1 托卡馬克基本結(jié)構(gòu)示意圖[3]上世紀(jì) 50 年代以來經(jīng)過半個(gè)多世紀(jì)，對(duì)可控核聚變開展研究的國(guó)磁約束核聚變當(dāng)中包含了極其復(fù)雜的物理、工程等問題，不是任何完全憑借自己的力量來解決的，必須在國(guó)際間開展科技合作來尋求

零位形（Upper/LowerSingleNull,USN&LSN）的等離加熱系統(tǒng)的加入，EAST 在環(huán)向提供了 16 個(gè)診斷和至 P 標(biāo)記，如圖 2 中的 EAST 窗口俯視圖所示。本文向的 0 度定位于 P 窗口與 A 窗口之間的中線位置，為環(huán)向φ的正方向，取值范圍為[0,2π)。

EAST裝置簡(jiǎn)圖及RMP線圈位置示意圖

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