撕裂模不穩(wěn)定性是托卡馬克裝置中磁能轉(zhuǎn)化為等離子體動(dòng)能和熱能的方式之一。這種不穩(wěn)定性可能引起托卡馬克等離子體的約束變差,甚至引發(fā)大破裂。因此,研究如何在實(shí)驗(yàn)中避免撕裂模不穩(wěn)定性的產(chǎn)生及撕裂模出現(xiàn)后的控制方法是非常重要的。為改善電流分布,在有理磁面附近加入驅(qū)動(dòng)電流,實(shí)驗(yàn)和理論表明射頻波電流驅(qū)動(dòng)可以有效抑制撕裂模不穩(wěn)定性。射頻波電流驅(qū)動(dòng)抑制撕裂模不穩(wěn)定性仍有許多問(wèn)題需要進(jìn)一步探討和解釋。本論文首先在直圓柱位形下,采用不可壓縮磁流體模型,依據(jù)基本方程組模擬出大環(huán)徑比下托卡馬克等離子體的狀態(tài),然后采用高斯分布形式,引入外部驅(qū)動(dòng)電流。研究了驅(qū)動(dòng)電流的分布特征,包括電流分布的峰值和半高寬。然后測(cè)試不同外部電流環(huán)境下等離子體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的變化,研究了直圓柱位形中外部驅(qū)動(dòng)電流對(duì)2/1及3/1撕裂模的影響。模擬具有不同分布特征的外部驅(qū)動(dòng)電流,或者固定電流特征不變,改變注入時(shí)間,觀察不同外部條件下撕裂模磁島寬度的變化。研究表明采取沿徑向沉積具有高斯分布的外部驅(qū)動(dòng)電流在有理面上的方式,能夠有效減緩2/1單撕裂模及3/1雙撕裂模的發(fā)展。當(dāng)2/1單撕裂模發(fā)展起來(lái)后,加入局部驅(qū)動(dòng)電流,觀察磁島寬度,發(fā)現(xiàn)增長(zhǎng)速度明顯減緩... 

【文章來(lái)源】：南華大學(xué)湖南省

【文章頁(yè)數(shù)】：58 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

所示，這是建立在Harries電流片和X點(diǎn)重聯(lián)位形上的圖1.1磁場(chǎng)重聯(lián)示意圖

圖 1.2 破裂不穩(wěn)定性的發(fā)展示意圖撕裂模對(duì)磁場(chǎng)和磁面的破壞降低了可實(shí)現(xiàn)的等離子體壓強(qiáng)。原來(lái)磁場(chǎng)位形的約束特征改變，形成的磁島增強(qiáng)了輸運(yùn)過(guò)程。另外，撕裂模的演化會(huì)破壞等離子體平衡和托卡馬克的約束、降低裝置運(yùn)行效率、阻礙等離子體旋轉(zhuǎn)、降低等離子體能量和角動(dòng)量以及等離子體的溫度和密度，甚至導(dǎo)致大破裂。這些嚴(yán)重限制了托卡馬克裝置的穩(wěn)定運(yùn)行。圖 1.2 表示在等離子體發(fā)生破裂前通常會(huì)出現(xiàn)密度增加等一系列征兆，當(dāng)然也存在沒(méi)有征兆突然出現(xiàn)破裂的情況。稱(chēng)第一階段為孕育階段，隨后的第二階段是先兆階段，此時(shí)緊隨著會(huì)出現(xiàn)不穩(wěn)定性擾動(dòng)。例如先發(fā)生 m=2 的磁場(chǎng)振蕩，孕育階段振蕩幅度很小并達(dá)到飽和，在隨后的征兆階段振幅迅速增大，一般中型托卡馬克的征兆階段約為 10ms。當(dāng)不穩(wěn)定性擾動(dòng)超過(guò)臨界值后，進(jìn)入到第三階段即快速發(fā)展階段。此時(shí)等離子體中心溫度迅速降低，電流的徑向分布剖面被拉平，環(huán)

匹配外區(qū)和內(nèi)區(qū)解，得到撕裂模增長(zhǎng)率定標(biāo)。通過(guò)圖2.1，用唯象理論分析撕裂模產(chǎn)生的物理圖像。圖中，平衡剪切磁場(chǎng)為()0Bxy，假設(shè)初始的擾動(dòng)磁場(chǎng)存在形式t1xB(y)sinkye ……………………………（2.1）由法拉第定律可以得到擾動(dòng)電場(chǎng)t1zcoskyekE ………………………………（2.2）在有限電阻等離子體中擾動(dòng)電場(chǎng)可以產(chǎn)生電流圖 2.1 撕裂模示意圖

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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