發(fā)布時(shí)間：2021-11-15 05:39

　　能源問(wèn)題是人類面臨的最大問(wèn)題之一,為此人們提出了多種解決方案,其中磁控核聚變具有原材料儲(chǔ)量豐富、反應(yīng)可控和清潔無(wú)污染等優(yōu)點(diǎn),被認(rèn)為是解決人類能源問(wèn)題的終極方案。但是歷經(jīng)半個(gè)多世紀(jì)的努力與探索,磁約束核聚變依舊存在看許多關(guān)鍵的物理及工程問(wèn)題。目前最有希望實(shí)現(xiàn)為人類提供經(jīng)濟(jì)可行聚變能的磁約束裝置是托卡馬克,本文主要針對(duì)托卡馬克試驗(yàn)中所觀測(cè)到的、尚未清晰的物理過(guò)程開(kāi)展相應(yīng)的數(shù)值模擬工作,利用數(shù)值模擬結(jié)果結(jié)合實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象和理論分析,解釋相應(yīng)的物理現(xiàn)象。實(shí)驗(yàn)研究表明,在球形托卡馬克National Spherical Torus Experiment （NSTX）和Mega-Ampere Spherical Tokamak （MAST）中,在有中性束注入（NBI）條件下、等離子體磁壓比（β）較高,同時(shí)安全因子（q）剖面存在一定反剪切、最小值（qmin）大于1時(shí),系統(tǒng)對(duì)于理想磁流體模式非共振內(nèi)扭曲模（NRK）是不穩(wěn)定的。在MAST中,實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示該模式能夠非線性飽和并能夠長(zhǎng)時(shí)間存在,所以被命名為’’long-live mode"（LLM）,同時(shí)結(jié)果還顯示該模式能大幅度降低芯部等離子體旋轉(zhuǎn)速度。另外在該... 

【文章來(lái)源】：大連理工大學(xué)遼寧省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

【文章頁(yè)數(shù)】：125 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：博士

【部分圖文】：

托卡馬克基本原理圖

存在諸多關(guān)聯(lián)。通過(guò)軌道特征，在托卡馬克中受到約束的高能粒子主要可以分成兩種，如圖1.5所示，其中紅色的為通行粒子軌跡，藍(lán)色的為捕獲粒子軌跡。運(yùn)動(dòng)軌跡的不同帶來(lái)了兩種粒子運(yùn)動(dòng)頻率及軌道寬度的差異。同時(shí)也決定了兩種粒子對(duì)波以及不穩(wěn)定性引起的擾動(dòng)的響應(yīng)也是不一樣的。接下來(lái)從兩個(gè)方面出發(fā)，簡(jiǎn)單回顧一下托卡馬克中高能粒子研究的歷史。第一個(gè)方面：高能粒子的輸運(yùn)以及逃逸。1992年Hsu和Sigmar[46〗采用導(dǎo)向中心理論，在考慮了-7 —

的理論模型分析了高能粒子對(duì)短波模式氣球模（ballooning modes)穩(wěn)定性的影響，主要結(jié)果如圖1.6所示。在1983年，Rosenbluthl68]等人考慮了高能粒子各向異性所包含的動(dòng)理學(xué)效應(yīng)，分析結(jié)果同樣表明了高能粒子對(duì)氣球模有穩(wěn)定作用，另外他們也分析了在1982年P(guān)rinceton Poloidal Divertor(PDX>實(shí)驗(yàn)中所觀察到的魚(yú)骨模振蕩_ (fishboneoscillations),現(xiàn)該模式的頻率與NBI注入粒子的進(jìn)動(dòng)頻率相近，進(jìn)一步推論魚(yú)骨�？赡苁怯纱帕黧w波與捕獲粒子進(jìn)動(dòng)發(fā)生共振而激發(fā)的。之后Chen[63l等人利用線性理論驗(yàn)證了捕獲粒子激發(fā)魚(yú)骨模的現(xiàn)象，并建立了一個(gè)簡(jiǎn)明的模型描述了魚(yú)骨模的非線性過(guò)程。1986年Coppi和Porcelli[69】在考慮了熱離子抗磁漂移的情況下進(jìn)一步分析f魚(yú)骨模。Fu和Van Damt?"在1989年提出了在托卡馬卡中a粒子激發(fā)環(huán)向阿爾芬本征模（TAE)的一9 -


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