未來聚變反應(yīng)堆需要通過離軸的電流驅(qū)動維持和調(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)動效率和無高密度限制的優(yōu)勢,成為未來聚變反應(yīng)堆一種極具潛力的離軸電流驅(qū)動手段。中國聚變工程實驗堆（CFETR）將螺旋波離軸電流驅(qū)動作為近期的一個重點研究課題。本論文將依托CFETR的工程和物理設(shè)計參數(shù),針對螺旋波電流驅(qū)動和螺旋波天線設(shè)計開展了系統(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,對波的基本特性,包括波的偏振、截止和共振等進行了深入的分析。基于這些基本的波動理論基礎(chǔ),結(jié)合目前EAST裝置上開展的射頻波加熱和電流驅(qū)動實驗,闡述了低雜波電流驅(qū)動在托卡馬克中的高密度限制以及研究螺旋波電流驅(qū)動的必要性。論文重點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。對螺旋波電流驅(qū)動數(shù)值計算的物理模型進行了介紹,包括射線的傳播軌跡和驅(qū)動電流計算的基本原理和方法等。利用數(shù)值模擬程序,結(jié)合CFETR運行參數(shù)和平衡文件,進行了相應(yīng)的螺旋波電流驅(qū)動的數(shù)值模擬研究,計算了射頻波的頻率、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)運行多年并且取得了傲人的成??果。２０１７年７月３日，ＥＡＳＴ裝置上實現(xiàn)了穩(wěn)定的１０１．２秒穩(wěn)態(tài)長脈沖高約束等??離子體運行（如圖１．３所示），這在國際上是首例實現(xiàn)百秒級高約束模式運行。??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實現(xiàn)的世界最長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??１．２．?１托克馬克中的波加熱??只有在溫度達到一定高度的條件下才會發(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??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

彎曲磁場會產(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線來中和（在場線彎曲到環(huán)向的前提下）。其結(jié)果可見??圖１．４，扭曲場是環(huán)向場和極向場（該場以環(huán)向小橫截面為中心環(huán)繞）。在托克馬??克中，環(huán)向場分量大于極向場分量。??場線的扭曲是如何穩(wěn)定粒子運動的？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）運動來克服在一個長管道中的煤漿中的煤顆粒所受??到的重力作用。磁場中的粒子除了受到重力作用會下降，同時因為渦流運動的夾??帶作用，這些粒子會被夾帶在磁籠中，但是粒子運動軌跡是偏離中心的并且集中??在磁表面附近。??環(huán)向磁場很容易產(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能有限，維持的時間也就有限，因此只能脈沖式運行。??這樣的運行情況下，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??使得各組件的使用壽命大大縮短。另外

【參考文獻】：
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]國際熱核聚變實驗堆（ITER）計劃[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)動理論和數(shù)值方法確定[D]. 劉燕.南華大學(xué) 2007



本文編號：2985327