托卡馬克臺基區(qū)等離子體對整體約束起關鍵作用,一方面高臺基頂部壓強（或臺基高度）能增強芯部等離子體約束,另一方面臺基區(qū)大壓強梯度產生強的不穩(wěn)定性,增強熱流和粒子流輸運到第一壁和偏濾器,對邊界材料產生潛在的嚴重損傷。因此,臺基區(qū)等離子體不穩(wěn)定性的研究對實現(xiàn)高約束運行有重要意義,本文使用較高可拓展性的BOUT++雙流體模型框架,深入分析了 EAST和DⅢ-D托卡馬克邊界的線性不穩(wěn)定性和非線性演化過程。臺基不穩(wěn)定性包括氣球模、剝裂模和漂移-阿爾芬波（DAW）等,抗磁效應、剪切阿爾芬波和剪切流等能抑制不穩(wěn)定性。本文首先線性模擬和分析抗磁效應和剪切流對氣球模的影響,色散關系被用于定性分析這些效應的物理機制,得到氣球模和抗磁效應的分析結果與模擬一致。然而,色散關系的局域性,并不適用于研究剪切流的全局作用。為了更精確的分析這些效應的貢獻,以及剪切流對氣球模的影響,本文提出了積分色散關系,即模結構的數值積分解色散關系,得到不同物理項的線性增長率。另外,利用動能在全空間的數值積分,分析不同物理效應對自由能的貢獻。上述線性分析表明氣球模不穩(wěn)定性由曲率驅動,提供自由能;抗磁效應和剪切流抑制曲率驅動,吸收自由能... 

【文章來源】：中國科學技術大學安徽省 211工程院校 985工程院校

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圖１．１托卡馬克（左）和仿星器（右）的磁場幾何位形示意圖⑴

第１章緒?論??子和離子，也可能激發(fā)等離子體不穩(wěn)定性，形成魚骨模等［３＾］，最終需要通過偏??濾器（Ｄｉｖｅｒｔｏｒ）排出。偏濾器是托卡馬克邊界的一個重要裝置，偏濾器如圖１．２??‘Ｄｉｖｅｒｔｏｒ’所示，另外邊界等離子體打到靶板上產生的雜質，也需要通過偏濾器??排出，否則氦灰和雜質的積累會向內輸運，影響等離子體穩(wěn)定性。??＿??圖１．２?ＣＦＥＴＲ托卡馬克橫截面示意圖，偏濾器為圖中Ｄｉｖｅｒｔｏｒ所示的綠色裝置，Ｓｈｉｅｌｄ??ｂｌａｎｋｅｔ表示包層１７１。注意，最新的ＣＦＥＴＲ設計不包括下斜（Ｐｏｒｔ?ｐｌｕｇ?３）窗口。??目前國內主要運行的磁約束裝置有托卡馬克裝置ＥＡＳＴ、ＨＬ－２Ａ和Ｊ－ＴＥＸＴ??等，反場箍縮裝置ＫＴＸ。在建的托卡馬克裝置有ＨＬ－２Ｍ。國際上主要有美國ＧＡ??的ＤＩＩＩ－Ｄ、ＭＩＴ的Ａｌｃａｔｏｒ?Ｃ－Ｍｏｄ、普林斯頓大學的球馬克ＮＳＴＸ－Ｕ、歐盟的ＪＥＴ、??德國的托卡馬克ＡＳＤＥＸ－Ｕ和仿星器Ｗｅｎｄｅｌｓｔｅｉｎ７－Ｘ、法國的ＷＥＳＴ、瑞士的??ＴＣＶ和英國的球馬克ＭＡＳＴ等。在建的大型托卡馬克有ＩＴＥＲ，以及設計中的??ＣＦＥＴＲ，這兩個裝置都基于目前運行的托卡馬克實驗數據，外推到大尺度裝置，??理論上能實現(xiàn)氘氚核聚變和能量增益。??１＿２托卡馬克邊界等離擲簡介??托卡馬克邊界和芯部物理差異比較大，芯部密度和溫度高，碰撞率比較小，??需要考慮等離子體沿磁力線的回旋運動效應，邊界密度和溫度相對較低，碰撞率??比較大，回旋效應相對較弱，電磁流體適用于邊界大部分物理分析。托卡馬克邊??界由臺基區(qū)（Ｐｅｄｅｓｔａｌ）和刮削層（（ＳＯＬ）組成，臺基區(qū)如圖１．３所示的Ｐｅｄｅｓｔａ丨區(qū)??域［

?第１章緒?論???域，等離子體在ＳＯＬ區(qū)域會沿著磁力線打到偏濾器靶板上，以及徑向輸運到第??一壁。托卡馬克邊界等離子體對整體約束有很重要的作用，一方面邊界等離子??體與壁接觸，邊界等離子體溫度密度越低，對材料損傷也就越校另一方面臺基??頂部等離子體與芯部聯(lián)系，芯部需要高溫高密等離子體發(fā)生聚變反應，高臺基頂??部有利于增大芯部溫度和密度。因此，若臺基區(qū)形成陡的密度溫度梯度，能明顯??提高芯部參數，增加儲能，這種特點的運行模式稱為Ｈ模（Ｈ－ｍｏｄｅ）。圖１．３展示??ＤＩＩＩ－Ｄ中Ｈ模（Ｈ－ｍｏｄｅ）和Ｌ模（Ｌ－ｍｏｄｅ），相比Ｌ模，Ｈ模臺基區(qū)電子溫度和密??度梯度比較陡，臺基頂部密度溫度比較高。另外，Ｈ模的優(yōu)點是隨著注入功率的??增加，約束性能上升，而Ｌ模則會隨著功率上升而下降。因此，Ｈ模對提高等離??子體約束有重要意義，本文主要研宄托卡馬克Ｈ模放電條件下，邊界等離子體??的不穩(wěn)定性和湍流。??ＤＩＩＩ－Ｄ??．⑷？二?￣ｐｅｄｅｓｔａｌ??。６．隊’?￥??１．０?Ｍ?／?Ｔｅ（ｋｅＶ）?？?？??。５＿＾％?：??１４４９７７??０．８?０．９?１．０??Ｒａｄｉｕｓ?（ｔ｜＞）??圖１．３?ＤＩＩＩ－Ｄ中電子密度和溫度的Ｈ模和Ｌ模剖面１＊１。??ＤＩＩＩ－Ｄ托卡馬克中Ｈ模放電的不同參量隨時間演化如圖１．４所示，在１０００ｍｓ??附近，隨著注入功率的增加，等離子體實現(xiàn)了?Ｌ模到Ｈ模（Ｌ－Ｈ）轉換，儲能（Ｓｔｏｒｅｄ??ｅｎｅｒｇｙ）和邊界壓強都明顯增加。在Ｈ模階段，偏濾器耙板熱通量（Ｄｉｖｅｒｔｏｒ?ｈｅａｔ??ｆｌｕｘ）周期性的爆發(fā)，這種現(xiàn)象稱為邊界局域模（ＥＬＭｓ）爆發(fā)，ＥＬＭｓ定


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