等離子體密度是磁約束核聚變的重要參數(shù)之一。氘氚聚變反應(yīng)產(chǎn)生的功率與等離子體密度的平方成正比。從聚變反應(yīng)輸出功率的角度考慮,等離子體密度越高越好。然而目前磁約束聚變裝置的實(shí)驗(yàn)表明,等離子體密度存在著明顯的運(yùn)行上限（密度極限）。一旦密度超過該極限,一系列不穩(wěn)定性將會出現(xiàn)并最終導(dǎo)致等離子體的大破裂。為了保證磁約束聚變裝置在高密度下安全穩(wěn)定地運(yùn)行,有必要去研究高密度下的等離子行為和密度極限破裂發(fā)生的物理機(jī)制。在高密度等離子體的實(shí)驗(yàn)研究中,與微觀不穩(wěn)定性相關(guān)的湍流擾動是一個重要參量,它能夠反映等離子體的輸運(yùn)行為以及約束性能。為了研究密度極限破裂過程中等離子體輸運(yùn)和約束的變化,本文在J-TEXT現(xiàn)有的三波偏振干涉儀系統(tǒng)上拓展了前向相干散射測量的功能,通過分析前向相干散射信號可以獲得等離子體內(nèi)部的電子密度漲落信息。以J-TEXT托卡馬克裝置作為實(shí)驗(yàn)平臺,本文對高密度等離子體行為和密度極限破裂展開了實(shí)驗(yàn)研究。首先,本文探索了 J-TEXT的密度運(yùn)行區(qū)間以及最大運(yùn)行密度與放電參數(shù)的依賴關(guān)系。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn),改善壁處理和降電流調(diào)制能夠極大地提高密度運(yùn)行區(qū)間。經(jīng)過以上優(yōu)化手段,J-TEXT的最大運(yùn)行密度從0.42... 

【文章來源】：華中科技大學(xué)湖北省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：175 頁

【學(xué)位級別】：博士

【部分圖文】：

圖１－１?（ａ）托卡馬克裝置原理圖，及其（ｂ）幾何特征方向

安全因子極限是由托卡馬克中扭曲模不穩(wěn)定性導(dǎo)致的一種運(yùn)行參數(shù)限制。扭曲??模的穩(wěn)定條件可歸納為：恥／９（）＞?２且９ａ?＞ｍ，其中ｍ為極向模數(shù)。扭曲模的的穩(wěn)定??區(qū)域如圖１－２所示，其中Ｖ為等離子體電流分布（ｙ（ｒ）＝ｙ〇（ｌ－ｒ２／ａ２）ｖ）中的參數(shù)。??對于一般中小型托卡馬克裝置的正常放電，Ｖ—般在２左右，郵一般在１左右，所Ｗ??只安全因子極限的條件近似為ｇ。＞?２。在固定的縱場下，安全因子極限要求等離子體??電流的值小于某一闊值，因此安全因子極限也稱為電流極限。??從等離子體平衡出發(fā)，可Ｗ得到等離子體總的比壓值的極限為＾＜ａ／／？〇ｇ＾，這??是一個比較粗糖的估計(jì)值。１９８４年Ｔｒｏｙｏｎ等人進(jìn)一步用數(shù)值模擬，基于托卡馬克中??發(fā)展最快的ｎ?＝?１的扭曲模，計(jì)算得到等離子體的最大環(huán)向ｆ值為／？ｗｎａｘ?＝??對其做歸一化有＆Ｖｉｍａｘ?＝?／Ｖｍａｘｌ］／（／ｐ／ａＳｗ）?？義５，這一極限稱為理想則及限。??托卡馬克中的等離子體密度極限有低密度極限和高密度極限兩種。低密度極限??是與逃逸區(qū)間相關(guān)的

圖２－１巧卡馬克密度運(yùn)行區(qū)域簡圖。??Ｈｕｇｉｌｌ定標(biāo)律表明密度極限與的／ｇＲ成正比，但是并沒有給出具體的比例值。此??后托卡馬克上的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，前的系數(shù)在不同的裝置上有很大差別。圖２－２??為多個托卡馬克裝置按照Ｈｕｇｉｌｌ定標(biāo)律繪制的運(yùn)行邊界圖，可Ｗ看到它們并沒有統(tǒng)??－的運(yùn)行邊界。為了統(tǒng)一這一矛盾，１９８８年，Ｇｒｅｅｍｖａｌｄ提出了新的定標(biāo)律口］：??Ａｇ?＝?ｋ］＝烹?（２－３）??其中代表等離子體小截面的拉長比，／為等離子體平均電流密度。對圓截面等離子??體，它與Ｈｕｇｉｌｌ極限相等，對非圓截面等離子體，它比Ｈｕｇｉｌｌ極限更高。這種極限稱為??Ｇｒｅｅｎｗａｌｄ密度極限，一般記為打６。將圖２－２中的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)用Ｇｒｅｅｎｗａｌｄ定標(biāo)律重新繪??制密度運(yùn)行區(qū)間圖，結(jié)果如圖２－３所示�？桑卓吹剑粒欤悖幔簦铮颍谩ⅲ模砗停校拢匮b置有著相同??的密度運(yùn)行極限。這也表明Ｇｒｅｅｎｗａｌｄ密度極限定標(biāo)律有著很好的普適性。本文的后??續(xù)部分也將全部使用Ｇｒｅｅｎｗａｌｄ密度極限定標(biāo)律。將等離子體密度與Ｇｒｅｅｍｖａ

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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本文編號：3243385