托卡馬克裝置是探索實(shí)現(xiàn)磁約束核聚變的重要裝置,隨著托卡馬克中功率的不斷提升,來自上游等離子體作用在偏濾器靶板的熱流將遠(yuǎn)超目前偏濾器靶板能夠承受的最大熱負(fù)荷,因此能量排除（power exhaust）問題成為實(shí)現(xiàn)核聚變最關(guān)鍵的問題之一。主動(dòng)地引入惰性雜質(zhì)氣體,通過電離和電荷交換引起偏濾器和刮削層的輻射上漲,即采用輻射偏濾器運(yùn)行模式,可以有效地降低偏濾器靶板上的熱流和粒子流。本論文通過實(shí)驗(yàn)和數(shù)值模擬的方法,依托于EAST全超導(dǎo)托卡馬克裝置,全面系統(tǒng)地對(duì)注入Ne/Ar情形下的輻射偏濾器等離子體展開研究。本文的研究結(jié)果可以為EAST長脈沖高參數(shù)穩(wěn)態(tài)運(yùn)行目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)和ITER和CFETR等未來核聚變裝置中的輻射偏濾器運(yùn)行積累經(jīng)驗(yàn)和提供參考。本論文首先介紹了輻射偏濾器研究相關(guān)的理論和模型。輻射偏濾器等離子體中包括了復(fù)雜的等離子體和原子分子物理過程,通過簡單的一維模型“兩點(diǎn)模型”和等離子體鞘層理論,可以基本了解等離子體的基本狀態(tài)和脫靶機(jī)制;反常輸運(yùn)的相關(guān)理論可以解釋部分等離子體邊界垂直輸運(yùn),同時(shí)對(duì)于理解SOLPS軟件（Scrape-Off Layer Plasma Simulation）計(jì)算模型也有幫... 

【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)】：143 頁

【學(xué)位級(jí)別】：博士

【部分圖文】：

圖１．１氘氚核聚變反應(yīng)示意圖

合反應(yīng)生成新的較大的原子和核內(nèi)粒子（質(zhì)子或中子），同時(shí)釋放大量能量的過??程。氘氚反應(yīng)由于其聚變反應(yīng)截面大，氫同位素之間庫侖力最小，因此被視為最??容易實(shí)現(xiàn)的核聚變反應(yīng)Ｗ。其反應(yīng)過程如圖１．１?（氘氚核聚變反應(yīng)）所示，在每一??次反應(yīng)過程中，一個(gè)氘核和氚核會(huì)產(chǎn)生一個(gè)氦核和中子，同時(shí)釋放出大量的能量。??理論上每一千克的氘氚將產(chǎn)生６．０Ｘ?１０７ｋＷｈ的能量，兩倍多于同等質(zhì)量的Ｕ２３５??核裂變反應(yīng)（２．２Ｘ１０７ｋＷｈ）和數(shù)百萬倍于完全燃燒同等質(zhì)量的煤所釋放的能量??（ｌＯｋＷｈ）。然而實(shí)現(xiàn)核聚變的條件卻十分苛刻，這是由于核聚變反應(yīng)必須克服核??子之間強(qiáng)大的庫侖力，通常需要在極高溫高壓條件下才能發(fā)生反應(yīng)。１９５７年英??國科學(xué)家Ｊ．?Ｄ．?Ｌａｗｓｏｎ提出了維持核聚變反應(yīng)中能量平衡的條件，即Ｌａｗｓｏｎ判??據(jù)［２１。根據(jù)Ｌａｗｓｏｎ判據(jù)，氘氚核聚變反應(yīng)只有在滿足以下條件下才能進(jìn)行：??ｎＴｔＥ?＞?３．０?ｘ?１０２１?ｍ－３?ｋｅＶｓ?（１．１．１）??其中《和７指的是燃料密度和溫度，燈指的是能量約束時(shí)間。我們可以看出，實(shí)??現(xiàn)聚變的條件非常嚴(yán)苛

這些都顯示了磁約束核聚變和托卡馬克裝置實(shí)驗(yàn)研究的蓬勃發(fā)展。??１．２．２托卡馬克原理簡介??參見圖１．２，托卡馬克裝置主要包括真空室、極向磁場線圈和環(huán)向磁場線圈??等。如圖１．３［２３］所示，環(huán)繞在真空室外部的環(huán)向磁場線圈會(huì)產(chǎn)生環(huán)向磁場忍？將??等離子體態(tài)的燃料限制在環(huán)形真空室的內(nèi)部，然而由于受到電場五ＸＢ漂移作用，??等離子體中的離子會(huì)向外運(yùn)動(dòng)擴(kuò)張，因此單一的環(huán)向磁場無法有效地約束等離子??體。為了平衡磁壓力，需要引入極向磁場極向磁場可以由等離子體電流各??產(chǎn)生。因此環(huán)向磁場和極向磁場的疊加形成的磁場可以使得等離子體在約束??的環(huán)形空間內(nèi)部不斷旋轉(zhuǎn)，做拉莫爾回旋運(yùn)動(dòng)［２４］。??Ｃ〇ｎ？ｔ？ｎｌ?Ｅｉ＾ｃｉｎｃ?Ｃｕｒｒｅｎｔ??Ｗ?Ｔｒａｎ？ｔ？ｎｔ??ＴｏｉＯ＾ＭＵ?Ｆ？＾＜！?Ｔｒ？ｎ？．？ｎｌ??Ｃｏｎｆｔｔｆｔｎｌ?Ｔ〇ｆａ？４ａｉ?／?Ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ?Ｐ〇Ｋ＞＊ｄ？ｉ??Ｔｒ？ｎ？？＃ｎｉ?Ｐｉａｉｍ＊?Ｃｕｒｒｅｎｔ??圖１．３托卡馬克裝置中磁場和電流示意圖。??從左至右分別為環(huán)向磁場、極向磁場、以及疊加磁場示意圖。??從磁場極向的截面看（圖１．４［２５］），磁場由一個(gè)個(gè)層層嵌套的磁面組成。對(duì)于??４??

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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博士論文
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本文編號(hào)：3110539