托卡馬克磁控核聚變被認(rèn)為是解決人類能源危機(jī)的終極方案。但隨著等離子體參數(shù)的提高和放電時(shí)間的增加,托卡馬克中邊緣等離子體與器壁相互作用這一問題顯得尤為重要。為了選擇合適的壁材料,人們分別開展了鈹、碳、鎢作為壁材料的相關(guān)實(shí)驗(yàn)和模擬研究,但是結(jié)果表明這些材料都存在著一些比較嚴(yán)重的缺陷。針對(duì)這一問題,近年來研究發(fā)現(xiàn)采用金屬材料鋰有潛在優(yōu)勢(shì),因?yàn)殇嚲哂锌山档推珵V器處的等離子體能流,對(duì)芯部等離子體污染小等優(yōu)點(diǎn)。最近在超導(dǎo)EAST裝置上成功實(shí)現(xiàn)超過30秒的H膜,也與鋰處理等離子體面壁密切相關(guān)。本論文主要是針對(duì)EAST裝置中撒入鋰粉的實(shí)驗(yàn),圍繞鋰粉在邊緣等離子體中的輸運(yùn)及其與等離子體相互作用這一基礎(chǔ)問題展開,為我國磁控核聚變實(shí)驗(yàn)相關(guān)實(shí)驗(yàn)工作提供理論指導(dǎo)。在第一章中,主要介紹了等離子體的一些基本知識(shí)和受控磁約束核聚變的發(fā)展史,比較了幾種等離子體壁材料,最后介紹了新興鋰材料在聚變裝置中的應(yīng)用情況及取得的進(jìn)展。在第二章中,將詳細(xì)地介紹在模擬鋰粉輸運(yùn)這一過程所涉及到的理論和數(shù)值方法。在第三章中,結(jié)合主要實(shí)驗(yàn)參數(shù)進(jìn)行了具體的數(shù)值模擬研究,包括鋰顆粒的帶電、受力及運(yùn)動(dòng)特性的研究及鋰顆粒蒸發(fā)為鋰原子后在空間的分布情況。在第四章中,主要針對(duì)鋰原子與背景等離子體的碰撞進(jìn)行模擬,初步研究了鋰原子與背景等離子體的相互作用。結(jié)合當(dāng)前EAST裝置撒入鋰粉鋰化壁面過程進(jìn)行數(shù)值模擬。首先,將鋰粉看作球形小顆粒,利用軌道運(yùn)動(dòng)限制理論研究其在邊緣等離子體中表面帶電、受力和運(yùn)動(dòng)軌跡的變化。采取典型的邊緣等離子體參數(shù),研究表明,對(duì)于微米量級(jí)的鋰顆粒,約在納秒時(shí)間量級(jí)內(nèi)就能達(dá)到充電平衡,所收集電荷數(shù)量約為104量級(jí)。同時(shí),由于鋰顆粒在等離子體中會(huì)受到到離子拖拽力、重力、洛倫茲力的作用,根據(jù)牛頓力學(xué)方程追蹤其運(yùn)動(dòng)軌跡。我們主要針對(duì)EAST裝置上常用的半徑為lμm和22μm的鋰顆粒進(jìn)行模擬,對(duì)鋰顆粒而言,半徑越大,相應(yīng)的運(yùn)動(dòng)軌跡越長,對(duì)于半徑為22μm的鋰顆粒,在蒸發(fā)前沿各個(gè)方向運(yùn)動(dòng)的距離約為毫米量級(jí)。鋰顆粒在等離子體中由于受熱會(huì)使表面溫度升高,待顆粒表面溫度達(dá)到升華溫度后即蒸發(fā)為鋰原子,可以相應(yīng)的給出鋰原子在空間的分布,為下一步繼續(xù)研究鋰雜質(zhì)輸運(yùn)提供了初始條件。由于鋰原子將與等離子體發(fā)生碰撞反應(yīng),那么相應(yīng)的采用蒙特卡羅方法模擬某一位置處鋰原子與背景等離子體之間的碰撞,結(jié)果表明,最終空間中相應(yīng)的一價(jià)鋰離子較多,為深入研究鋰雜質(zhì)與等離子體的相互作用提供理論指導(dǎo)。
【學(xué)位單位】：大連理工大學(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１．１等離子體空間參數(shù)Ｉ”

星云等均是等離子體。在實(shí)際生產(chǎn)和生活中，相當(dāng)數(shù)量的人造等離子體也已經(jīng)出現(xiàn)，諸??如等離子體彩電、霓虹燈、突光燈等。??圖１．１等離子體空間參數(shù)Ｉ”。??Ｆｉｇ．?１，１?Ｐｌａｓｍａ?ｓｐａｃｅ?ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ［３］．??－２－??

??（３）其縱場(chǎng)系統(tǒng)能使環(huán)向等離子體電流持續(xù)穩(wěn)定放電。??如圖１．３所示為典型的托卡馬克裝置示意圖－??一ＴＲ?ＡＮ?ＳＰＯ?ｆｔＭ?ＥＲ?ＣＯＩＬ??ＶＥＲＴＩＣＡＬ?ＦＩＥＬＤ?ＴＯＲＯＩＤＡＬ??ＣＯＩＬＳ?ＦＩＥＬＤ?ＣＯｔＬ??ＰＬＡＳＭＡ?ＣＵＲＲＥＮＴ?ＰＬＡＳＭＡ?Ｍｆｉ?ｔＳＮＥ?ＴＩＯ?ＦＩＥＬ?Ｄ?ＬＩ?ＮＥ??圖１．３托卡馬克磁場(chǎng)示意圖［１５］。??Ｆｉｇ．?１．３?Ｔｈｅ?ｍａｇｎｅｔｉｃ?ｆｉｅｌｄ?ｏｆ?Ｔｏｋａｎｉａｋ?ｄｅｖｉｃｅ＾＇＾ｌ??長久以來，種類繁多的磁約束聚變實(shí)驗(yàn)裝置己經(jīng)被成功搭建，核聚變研究也進(jìn)入了??一個(gè)高潮期，人們逐漸了解了影響磁約束和能量損失的各種物理機(jī)制，在探索和實(shí)現(xiàn)托??卡馬克穩(wěn)態(tài)運(yùn)行方面取得了很大進(jìn)步。目前世界上幾個(gè)著名的托卡馬克裝置分別有歐洲??的?ＪＥＴ［ｉ６］、日本的?ＪＴ－６０［ｉ７］、美國的?ＤＩＩＩ－Ｄ？和?Ａｌｃａｔｏｒ－Ｃ－ｍｏｃＦ】，法國的?Ｔｏｒｅ?Ｓｕｐｒａ［２０］，??－５－??
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本文編號(hào)：2841779