未來聚變反應(yīng)堆需要通過離軸的電流驅(qū)動(dòng)維持和調(diào)控電流剖面的分布。一種高次諧波快波,也叫螺旋波（Helicon Wave）,具有與低雜波相近的高驅(qū)動(dòng)效率和無高密度限制的優(yōu)勢(shì),成為未來聚變反應(yīng)堆一種極具潛力的離軸電流驅(qū)動(dòng)手段。中國聚變工程實(shí)驗(yàn)堆（CFETR）將螺旋波離軸電流驅(qū)動(dòng)作為近期的一個(gè)重點(diǎn)研究課題。本論文將依托CFETR的工程和物理設(shè)計(jì)參數(shù),針對(duì)螺旋波電流驅(qū)動(dòng)和螺旋波天線設(shè)計(jì)開展了系統(tǒng)的研究。本論文首先系統(tǒng)地推導(dǎo)了冷等離子體條件下的色散關(guān)系,對(duì)波的基本特性,包括波的偏振、截止和共振等進(jìn)行了深入的分析�；谶@些基本的波動(dòng)理論基礎(chǔ),結(jié)合目前EAST裝置上開展的射頻波加熱和電流驅(qū)動(dòng)實(shí)驗(yàn),闡述了低雜波電流驅(qū)動(dòng)在托卡馬克中的高密度限制以及研究螺旋波電流驅(qū)動(dòng)的必要性。論文重點(diǎn)分析了螺旋波的傳播和吸收基本原理以及波的可近性條件。對(duì)螺旋波電流驅(qū)動(dòng)數(shù)值計(jì)算的物理模型進(jìn)行了介紹,包括射線的傳播軌跡和驅(qū)動(dòng)電流計(jì)算的基本原理和方法等。利用數(shù)值模擬程序,結(jié)合CFETR運(yùn)行參數(shù)和平衡文件,進(jìn)行了相應(yīng)的螺旋波電流驅(qū)動(dòng)的數(shù)值模擬研究,計(jì)算了射頻波的頻率、平行折射率、射線的極向發(fā)射位置和等離子體參數(shù)（電子溫度和電子密度... 

【文章來源】：中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)安徽省 211工程院校 985工程院校

【文章頁數(shù)】：104 頁

【學(xué)位級(jí)別】：博士

【部分圖文】：

圖１．２?ＩＴＥＲ托克馬克裝置結(jié)構(gòu)圖

非圓截面托克馬克核聚變裝置。目前，ＥＡＳＴ已經(jīng)運(yùn)行多年并且取得了傲人的成??果。２０１７年７月３日，ＥＡＳＴ裝置上實(shí)現(xiàn)了穩(wěn)定的１０１．２秒穩(wěn)態(tài)長(zhǎng)脈沖高約束等??離子體運(yùn)行（如圖１．３所示），這在國際上是首例實(shí)現(xiàn)百秒級(jí)高約束模式運(yùn)行。??３?ＥＡＳＴＳｈｏ＾?２０１７－０７－０３?２２：０９?－??）２我?１Ｐ（ＭＡ）?Ｌｏｏｐ?Ｖｏｌｔａｇｅ??＾Ｈ１〇??３ｉ?１?？????？一￣Ｉ??ｉｊ?％（關(guān)）?；?；?ＰＪＭＷＴ｜｜??一???＾?＾??２１?Ｄ？（ａ?ｕ？?．．??二?ｉ?ｕｉＨ—１?戌??°０?２０?４０?６０?８０?１００?°???Ｔｉｍａ?⑷???ｍ／ｒ＾ｍ??■涵：??ＨＨＬ?：??圖１．３?ＥＡＳＴ實(shí)現(xiàn)的世界最長(zhǎng)１０１．２秒高約束放電等離子體的基本參數(shù)??１．２托克馬克中的波加熱及電流驅(qū)動(dòng)??１．２．?１托克馬克中的波加熱??只有在溫度達(dá)到一定高度的條件下才會(huì)發(fā)生熱核聚變反應(yīng)，以氘氚聚變反應(yīng)??為例，需要溫度達(dá)到１０ｋｅＶ以上。就目前各大裝置上的研究情況而言，大體上??加熱手段有歐姆加熱以及外部的輔助加熱。歐姆加熱一般用來激發(fā)等離子體并進(jìn)??行預(yù)加熱。其在加熱初期效果較好，但是當(dāng)電子溫度升高，電阻降低后，加熱效??果則會(huì)越來越不理想。想要將等離子體的溫度加熱到聚變所需要的溫度并且穩(wěn)定??的維持下來，需要借助歐姆加熱以外的輔助加熱手段。外部輔助加熱方式有多種??類型

彎曲磁場(chǎng)會(huì)產(chǎn)生其他的足以破壞約束的力作用在等離子體上。這些力的作??用可以通過扭曲力的磁場(chǎng)線來中和（在場(chǎng)線彎曲到環(huán)向的前提下）。其結(jié)果可見??圖１．４，扭曲場(chǎng)是環(huán)向場(chǎng)和極向場(chǎng)（該場(chǎng)以環(huán)向小橫截面為中心環(huán)繞）。在托克馬??克中，環(huán)向場(chǎng)分量大于極向場(chǎng)分量。??場(chǎng)線的扭曲是如何穩(wěn)定粒子運(yùn)動(dòng)的？此處講的穩(wěn)定類似于通過在縱流上疊??加環(huán)繞管道軸的渦旋（極向）運(yùn)動(dòng)來克服在一個(gè)長(zhǎng)管道中的煤漿中的煤顆粒所受??到的重力作用。磁場(chǎng)中的粒子除了受到重力作用會(huì)下降，同時(shí)因?yàn)闇u流運(yùn)動(dòng)的夾??帶作用，這些粒子會(huì)被夾帶在磁籠中，但是粒子運(yùn)動(dòng)軌跡是偏離中心的并且集中??在磁表面附近。??環(huán)向磁場(chǎng)很容易產(chǎn)生，即通過在等離子體外的線圈中的極向電流變化產(chǎn)生。??極向磁場(chǎng)較難產(chǎn)生－可以通過環(huán)向電流產(chǎn)生，該電流可以利用歐姆放電感應(yīng)產(chǎn)生。??但是，由于歐姆變壓器的儲(chǔ)能有限，維持的時(shí)間也就有限，因此只能脈沖式運(yùn)行。??這樣的運(yùn)行情況下，托克馬克組件要承受很大的溫度變化，并且產(chǎn)生的熱應(yīng)力會(huì)??使得各組件的使用壽命大大縮短。另外

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]Recent ICRF coupling experiments on EAST[J]. 楊宇晴,張新軍,趙燕平,秦成明,程艷,毛玉周,楊樺,王健華,袁帥,王磊,琚松青,陳根,鄧旭,張開,萬寶年,李建剛,宋云濤,龔先祖,錢金平,張濤.  Plasma Science and Technology. 2018(04)
[2]First Engineering Commissioning of EAST Tokamak[J]. 萬元熙,李建剛,翁佩德.  Plasma Science and Technology. 2006(03)
[3]國際熱核聚變實(shí)驗(yàn)堆（ITER）計(jì)劃[J]. 趙君煜.  物理. 2004(04)
[4]慣性約束聚變[J]. 徐至展.  自然雜志. 1986(01)

博士論文
[1]EAST上離子回旋天線與等離子體的耦合研究[D]. 張珈琿.中國科學(xué)技術(shù)大學(xué) 2017

碩士論文
[1]全波法研究快波電流驅(qū)動(dòng)理論和數(shù)值方法確定[D]. 劉燕.南華大學(xué) 2007



本文編號(hào)：2985327