托卡馬克(tokamak),是目前世界普遍認(rèn)為最可能實現(xiàn)可控核聚變的裝置之一,它的主要工作原理是通過通電線圈產(chǎn)生環(huán)形磁場約束帶電粒子,使粒子能夠達(dá)到核聚變點火條件。由于在1982年ASDEX裝置上發(fā)現(xiàn)的高約束模式(H-mode)更加接近臨界點火條件,使得磁約束聚變領(lǐng)域無論實驗還是理論模擬都對H-mode研究十分重視,最近正在進(jìn)行的國際熱核聚變反應(yīng)堆(ITER)計劃,就是以高約束運行模式進(jìn)行參數(shù)設(shè)計的。雖然經(jīng)過了 35年的研究探索,一些H-mode的關(guān)鍵物理,如邊緣臺基區(qū)不穩(wěn)定性和湍流輸運等,卻仍未能被完全理解,需要進(jìn)一步深入研究。計算機(jī)數(shù)值模擬,是研究磁約束聚變物理的重要手段之一,在經(jīng)過了 20年左右的發(fā)展后,基于第一性原理的回旋動理學(xué)模擬已經(jīng)成為了研究磁約束聚變最重要的模擬方法之一,各種代碼(GTC,GTS等)相繼被開發(fā)并用于研究中。本文主要通過使用GTC代碼詳細(xì)研究了基于EAST近期實驗數(shù)據(jù)的邊緣臺基區(qū)的不穩(wěn)定性、級聯(lián)(cascading)和湍流輸運。由于在托卡馬克臺基區(qū)溫度較低,碰撞頻率較大,這導(dǎo)致在邊緣區(qū)域出現(xiàn)一種碰撞起主要作用的耗散型捕獲電子模(DTEM)的靜電模,我們通過建立理論模型以及使用GTC代碼數(shù)值模擬詳細(xì)研究了這種不穩(wěn)定性在邊緣參數(shù)下的各種性質(zhì)。我們發(fā)現(xiàn)在邊緣區(qū)域中,這種不穩(wěn)定性的線性增長率隨碰撞頻率的增大而增加,但是頻率隨碰撞頻率的增長變化不大。而且這種不穩(wěn)定性的線性階段呈不規(guī)則氣球模結(jié)構(gòu),其結(jié)構(gòu)的峰值并不是傳統(tǒng)的局域在極向面的外側(cè)中平面附近,而是出現(xiàn)在極向角0～2π的任何位置出現(xiàn)多峰值。在非線性模擬結(jié)果中,我們發(fā)現(xiàn)碰撞可以使耗散捕獲電子模(DTEM)的cascading方向不同于無碰撞捕獲電子模(CTEM)的cascading方向。此外,我們發(fā)現(xiàn)DTEM湍流輸運主要以對流(convective)輸運為主,而且隨著碰撞頻率的增加,粒子輸運和熱輸運的輸運系數(shù)都會降低�；贕TC代碼在離子溫度梯度模(ITG)和捕獲電子模(TEM)等線性研究上的成功結(jié)果,,以及DTEM線性模擬結(jié)果與我們建立的DTEM簡化理論模型一致,我們相信DTEM的非線性模擬結(jié)果也具有足夠的可信度,而且近年來對于H-mode的研究大都集中在電磁模,如動理學(xué)氣球模(KBM)等方面,對于邊緣臺基區(qū)的靜電模耗散捕獲電子模的線性和非線性模擬研究也具有重要的價值。希望通過DTEM非線性模擬結(jié)果能夠?qū)-mode實驗提供相應(yīng)的幫助。
【學(xué)位單位】：浙江大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TL631.24
【部分圖文】：

圖(6-9)0.850.90:951rla非線性階段DTEM平均擾動電勢徑向分布
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本文編號：2835078