發(fā)布時(shí)間：2020-09-29 10:26

　　 等離子體要達(dá)到點(diǎn)火條件必須要加熱到很高的溫度,除歐姆加熱以外必須借助其他輔助加熱手段,中性束注入加熱以其物理機(jī)制清楚,加熱效率高等優(yōu)點(diǎn)在目前的托卡馬克裝置中得以廣泛的應(yīng)用�，F(xiàn)有的研究表明等離子體自舉電流在等離子體實(shí)現(xiàn)高性能穩(wěn)態(tài)運(yùn)行中具有重要的意義,對自舉電流的研究主要集中在本底等離子體自舉電流方面。在中性束注入加熱過程中產(chǎn)生的快離子將形成一定的空間分布,產(chǎn)生的額外的附加壓強(qiáng)的各向異性而產(chǎn)生快離子自舉電流。這部分由中性束注入加熱而產(chǎn)生的快離子自舉電流密度分布有何特點(diǎn),在總等離子體電流中占多大份額,有哪些影響因素等,這些問題都有待于進(jìn)一步研究。采用有限體積法數(shù)值求解一維Fokker-Planck方程模擬等離子體中離子的加熱情況,研究表明:有限體積法能夠克服傳統(tǒng)求解方法中分布函數(shù)趨于麥克斯韋分布時(shí)出現(xiàn)的“過沖現(xiàn)象”。隨著中性束的注入等離子體離子分布函數(shù)將出現(xiàn)非麥克斯韋化,在中性束注入初始階段離子溫度迅速上升,之后由于高能粒子能量的損失,離子溫度出現(xiàn)緩慢的下降,結(jié)果與中性束加熱實(shí)驗(yàn)中離子溫度演化曲線符合較好;隨著中性束能量和功率的增大,本底等離子體離子的溫度均隨之增大,但是束能量的增大對等離子體溫度的升高影響更為明顯。中性束注入等離子體中,首先通過離子化過程而沉積,通過庫倫碰撞而慢化加熱。數(shù)值模擬研究了束在等離子體中的傳播和沉積,結(jié)果表明,當(dāng)快離子平均自由程較小時(shí),沉積主要分布在等離子體外緣,隨著平均自由程的增加,束在等離子體的中心沉積將出現(xiàn)一個(gè)峰值,而當(dāng)平均自由程大于小半徑的2倍時(shí),由于穿透損失,束在等離子體中心的峰值出現(xiàn)減小;當(dāng)束切向注入位置趨向于等離子體中心時(shí),束在等離子體中的可傳播距離增大,快離子密度分布中心峰值迅速增大。采用Taguchi模型數(shù)值模擬研究了快離子自舉電流密度分布及其影響因素,研究結(jié)果表明:當(dāng)束平行注入時(shí)快離子自舉電流較小,當(dāng)束接近于垂直注入時(shí)快離子自舉電流迅速增大;快離子自舉電流隨中性束注入能量的增大而增大;考慮電子回流效應(yīng),快離子凈電流密度顯著減小;凈電流密度隨本底等離子體電子中心溫度的增大而增大;由于背景等離子體密度增大時(shí)束的透入減少,隨等離子體密度的增大凈電流密度減小;等離子體有效電荷對凈電流大小影響不大,但隨有效電荷增大,凈電流密度峰值向等離子體邊緣偏移。另外,對于束電流密度具有高斯分布的圓形束注入情況下,自舉電流密度開始隨快離子平均自由程的增大中心峰值增大,而當(dāng)平均自由程大于小半徑的2倍時(shí),快離子自舉電流密度有明顯的降低;自舉電流密度與束的切向注入半徑密切相關(guān),當(dāng)束注入點(diǎn)位置向等離子體中心靠近時(shí),快離子凈電流密度大小顯著增加。
【學(xué)位單位】：南華大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位年份】：2015
【中圖分類】：TL631.24
【文章目錄】：
摘要
Abstract
第1章 緒論
    1.1 能源問題和聚變能
    1.2 磁約束受控核聚變
    1.3 等離子體加熱
        1.3.1 歐姆加熱
        1.3.2 射頻波加熱
        1.3.3 中性束注入加熱
    1.4 等離子體約束和電流
    1.5 自舉電流概述
        1.5.1 一般表達(dá)式
        1.5.2 大縱橫比極限條件下自舉電流
        1.5.3 任意縱橫比香蕉區(qū)中自舉電流
        1.5.4 單離子碰撞模型
    1.6 全文主要研究內(nèi)容及安排
第2章 中性束注入加熱
    2.1 中性束的透入和離子化過程
    2.2 束沉積
        2.2.1 pencil-beam方法求解束沉積
        2.2.2 結(jié)果與分析
    2.3 快離子慢化和等離子體加熱
        2.3.1 電子碰撞慢化
        2.3.2 離子碰撞慢化
        2.3.3 中性束加熱臨界能量
    2.4 中性束加熱的Fokker-Planck方程求解
        2.4.1 含源Fokker-Planck方程
        2.4.2 一般Fokker-Planck方程的有限體積法求解
        2.4.3 中性束加熱數(shù)值模擬
    2.5 二維Fokker-Planck方程
        2.5.1 分布函數(shù)的四階Legendre展開
        2.5.2 勢函數(shù) （ ）lH v及其偏導(dǎo)數(shù)的四階Legendre展開
        2.5.3 勢函數(shù) （ ）lG v及其偏導(dǎo)數(shù)的四階Legendre展開
        2.5.4 Fokker-Planck系數(shù)的歸一化
        2.5.5 二維Fokker-Planck方程有限體積法計(jì)算格式
        2.5.6 邊界條件
        2.5.7 二維Fokker-Planck方程計(jì)算格式
        2.5.8 程序編寫
    2.6 小結(jié)
第3章中性束加熱下產(chǎn)生的快離子自舉電流
    3.1 物理模型
        3.1.1 基本方程
0
0和f%'>        3.1.2 特征函數(shù)方法求解f0
0和f%
0
0和f%推導(dǎo)快離子自舉電流'>        3.1.3 根據(jù)f0
0和f%推導(dǎo)快離子自舉電流
    3.2 大縱橫比托卡馬克中近似求解
    3.3 電子回流效應(yīng)
    3.4 數(shù)值模擬結(jié)果與分析
        3.4.1 OMARK裝置參數(shù)的試算
        3.4.2 HL-2A裝置參數(shù)下的模擬
    3.5 小結(jié)
第4章總結(jié)
    4.1 論文總結(jié)
    4.2 論文創(chuàng)新點(diǎn)
    4.3 展望
參考文獻(xiàn)
博士期間發(fā)表論文和報(bào)告
獲得的獎(jiǎng)勵(lì)
致謝

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前2條

1 王建國,李有宜,李建剛;HT-6M中性束注入加熱理論分析[J];物理學(xué)報(bào);1995年01期

2 龔學(xué)余,謝安平,彭曉煒,劉文艷;Tokamak等離子體不同運(yùn)行模式下產(chǎn)生的自舉電流[J];南華大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版);2005年01期

本文編號：2829601

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