本文通過(guò)研究托卡馬克中等離子體對(duì)具有環(huán)向不對(duì)稱性的三維磁場(chǎng)的響應(yīng),從等離子體響應(yīng)的角度揭示了其影響邊界局域�？刂频奈锢頇C(jī)理:等離子體對(duì)三維場(chǎng)的響應(yīng)是多模的,線性多模等離子體響應(yīng)及臺(tái)基區(qū)頂部共振分量強(qiáng)度可以用于優(yōu)化邊界局域�？刂频娜S場(chǎng)譜型,而非線性等離子體響應(yīng)和邊界分量滲透則是抑制邊界局域模的關(guān)鍵因素。本文的研究工作包含以下幾個(gè)方面:一、利用電磁測(cè)量診斷搭建了EAST上的三維等離子體響應(yīng)測(cè)量系統(tǒng),成功實(shí)現(xiàn)了環(huán)向與極向等離子體響應(yīng)的測(cè)量。同時(shí),提出了一種全新的多模等離子體響應(yīng)測(cè)量與模擬方法,利用奇異值分解將等離子體響應(yīng)的空間模結(jié)構(gòu)與上下線圈相位差ΔφUL依賴關(guān)系獨(dú)立開來(lái)。通過(guò)該方法,可以提取出具有物理含義的多模等離子體響應(yīng),輔助三維場(chǎng)物理問(wèn)題的研究。二、利用新提出的多模等離子體響應(yīng)測(cè)量方法,并結(jié)合搭建出的響應(yīng)測(cè)量系統(tǒng),證明了EAST上的等離子體響應(yīng)的多模特性。通過(guò)測(cè)量EAST上不同比壓與邊界安全因子q95下的等離子體響應(yīng),并與MARS-F程序的計(jì)算結(jié)果進(jìn)行對(duì)比,我們發(fā)現(xiàn)在當(dāng)前EAST運(yùn)行區(qū),流體模型已經(jīng)可以很好的模擬等離子體對(duì)三維場(chǎng)的響應(yīng)。以此為基礎(chǔ),我們利用全新的多模等離子體響應(yīng)測(cè)量方法研究了EAST上等離子體響應(yīng)的基本特性,發(fā)現(xiàn)主模與次模的幅值有不同的q95依賴特性,且它們對(duì)空間各處的響應(yīng)測(cè)量會(huì)有不同程度的貢獻(xiàn)。由此就會(huì)導(dǎo)致不同位置的探針測(cè)量到不同的q95依賴特性,這一點(diǎn)也被實(shí)驗(yàn)所證實(shí),更進(jìn)一步證明了EAST上等離子體響應(yīng)本身的多模特性。三、基于EAST上等離子體響應(yīng)的多模特性,利用新提出的多模分析方法,系統(tǒng)研究了各響應(yīng)模式對(duì)邊界局域�？刂菩Ч挠绊�,證明了臺(tái)基區(qū)頂部有較強(qiáng)共振性的模式,與邊界局域�？刂菩Ч⑾⑾嚓P(guān)。通過(guò)在不同q95條件下,對(duì)比n=2與n=3情況下各模式的ΔφUL依賴關(guān)系和邊界局域�？刂菩Ч�,我們發(fā)現(xiàn)與邊界局域�？刂菩Ч麖�(qiáng)相關(guān)的那支模式,不論它是主模還是次模,其臺(tái)基區(qū)頂部的共振分量總是更強(qiáng)的。這項(xiàng)研究表明,在理解邊界局域�？刂频奈锢頇C(jī)制時(shí),多模等離子體響應(yīng)的貢獻(xiàn)必須要被考慮進(jìn)來(lái),而臺(tái)基區(qū)頂部共振分量更強(qiáng)的那支模式,對(duì)邊界局域�？刂菩Ч陵P(guān)重要。四、使用n=2與n=3的混合環(huán)向模數(shù)三維場(chǎng),在EAST/DⅢ-D國(guó)際合作實(shí)驗(yàn)中成功實(shí)現(xiàn)了對(duì)邊界局域模的抑制,并從非線性等離子體響應(yīng)的角度,揭示了其背后邊界分量滲透導(dǎo)致邊界局域模抑制的物理機(jī)制。研究發(fā)現(xiàn),利用混合環(huán)向模數(shù)三維場(chǎng),可以有效降低邊界局域模抑制所需的電流閾值。這表明混合環(huán)向模數(shù)三維場(chǎng)提供了一種更好的控制邊界局域模的途徑。同時(shí),疊加誤差場(chǎng)矯正可以有效提升邊界局域模抑制期間的等離子體約束性能。此外,通過(guò)等離子體響應(yīng)的分析,發(fā)現(xiàn)邊界n=3分量的滲透對(duì)于此過(guò)程中的邊界局域模抑制起了主導(dǎo)作用。并通過(guò)引入強(qiáng)屏蔽和強(qiáng)滲透旋轉(zhuǎn)模型,模擬了邊界局域模緩解與抑制期間的等離子體響應(yīng)模結(jié)構(gòu),并通過(guò)與實(shí)驗(yàn)測(cè)量的對(duì)比,進(jìn)一步佐證了這一推論。本研究推動(dòng)了對(duì)托卡馬克中邊界局域�？刂频热S場(chǎng)相關(guān)物理問(wèn)題的理解,并進(jìn)一步證明了三維場(chǎng)線圈提升托卡馬克等離子體約束與穩(wěn)定性的作用。這有助于優(yōu)化ITER的運(yùn)行方案,并提升未來(lái)聚變堆的經(jīng)濟(jì)型與實(shí)用性。
【學(xué)位單位】：中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：TL631.24
【部分圖文】：

還會(huì)通過(guò)三維場(chǎng)線圈主動(dòng)引入具有環(huán)向不對(duì)稱性的三維場(chǎng)。這種三維場(chǎng)線圈通??常由一組或多組沿環(huán)向分布的線圈構(gòu)成，每個(gè)線圈中通有不同幅度的電流，由??此便會(huì)在托卡馬克中產(chǎn)生具有環(huán)向不對(duì)稱性的三維場(chǎng)。圖１．２展示了正在建設(shè)的??２??

??馨??圖１．１?ＩＴＥＲ托卡馬克的結(jié)構(gòu)及其內(nèi)部部件意圖??中國(guó)、俄羅斯、韓國(guó)和美國(guó)共同資助和運(yùn)行的國(guó)際熱核聚變實(shí)驗(yàn)反應(yīng)堆ＩＴＥＲ??（Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ?Ｔｈｅｒｍｏｎｕｃｌｅａｒ?Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ?Ｒｅａｃｔｏｒ）己經(jīng)在建設(shè)中。圖?１．１?展示了??ＩＴＥＲ托卡馬克的結(jié)構(gòu)與內(nèi)部部件示意圖。除了?ＩＴＥＲ的七方成員外，澳大利亞??與哈薩克斯坦也分別在２０１６與２０１７年成為了?ＩＴＥＲ的非成員技術(shù)合作方，承接??部分ＩＴＥＲ的建設(shè)與測(cè)試任務(wù)，換取ＩＴＥＲ的研宄成果。這些都表明，托卡馬克??己經(jīng)成為國(guó)際上可控核聚變研宄的熱點(diǎn)，與其相關(guān)的各種工程與物理問(wèn)題，也都??有深入研究的價(jià)值與意義。??托卡馬克的一個(gè)基本的特性，就是其環(huán)向?qū)ΨQ性，各種參量／沿著環(huán)向０??都是不變的（＃?＝?〇）。由此便可將托卡馬克中的物理問(wèn)題，簡(jiǎn)化為二維問(wèn)題：各??Ｑ（ｆ）??種參量只用考慮其徑向與極向分布，而在環(huán)向上是均勻的，無(wú)需考慮。但是，微??小的環(huán)線不對(duì)稱性在工程上總是無(wú)法避免的

（Ｃ－ｃｏｉｌｓ）??圖２．１?ＤＩＨ－Ｄ上的三維場(chǎng)線圈??圖２．１展示的是ＤＩＩＩ－Ｄ上的三維場(chǎng)線圈，包括早期的１１＝１線圈，位于真空室??外用于誤差場(chǎng)矯正的Ｃ線圈，位于真空室內(nèi)用于邊界局域�？刂频模删�圈。除了??１１＝１線圈，其余的三維場(chǎng)線圈均是由一組或多組沿環(huán)向分布的線圈構(gòu)成。??早期的三維場(chǎng)線圈主要是用于矯正裝置的固有誤差場(chǎng)，所以又被稱為誤差??場(chǎng)線圈。后來(lái)，三維場(chǎng)線圈逐漸被應(yīng)用于其它領(lǐng)域，比如電阻壁�？刂�、邊界局??域模控制等，再被稱為誤差場(chǎng)線圈己經(jīng)不合適了。由于在過(guò)去的理解中，三維場(chǎng)??主要是通過(guò)其共振分量對(duì)等離子體產(chǎn)生作用，所以這種線圈又被稱為共振磁擾??動(dòng)（Ｒｅｓｏｎａｎｔ?Ｍａｇｎｅｔｉｃ?Ｐｅｒｔｕｒｂａｔｉｏｎ，或?ＲＭＰ）線圈。??７??
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本文編號(hào)：2862321