發(fā)布時間：2021-12-16 12:14

　　磁約束聚變是一種利用強磁場約束高溫等離子體產(chǎn)生核聚變并釋放能量的技術(shù)。目前世界各國先后建成不同的磁場位形來研究聚變等離子體,包括磁鏡、仿星器、反場箍縮、托卡馬克等。磁約束聚變裝置的啟動過程從冷的中性氣體開始,通過改變極向場線圈電流,在大環(huán)方向感應(yīng)產(chǎn)生環(huán)電場,利用環(huán)電場來加熱真空室中的自由電子,使其與中性原子發(fā)生碰撞,形成電子雪崩,產(chǎn)生等離子體。通過控制極向場線圈電流,獲得較好的磁場分布,從而約束等離子體,實現(xiàn)等離子體的完全電離及等離子體電流的爬升。雖然聚變被研究了幾十年,但對于磁約束聚變裝置的啟動過程,還沒有完整的理論能夠給出解釋,尤其是等離子體的擊穿過程,已有的湯森放電理論并不能完全解釋強磁場條件下的等離子體放電過程。由于診斷技術(shù)水平的限制,目前實驗上還沒有為磁約束聚變等離子體形成過程而設(shè)計的診斷工具,這使得擊穿階段的實驗數(shù)據(jù)非常有限。針對這些問題,本論文研究了托卡馬克和反場箍縮位形下的等離子體擊穿過程,為實驗研究者提供實驗參考和理論依據(jù)。根據(jù)磁約束聚變裝置上等離子體形成的條件,利用粒子耦合蒙特卡洛碰撞方法（Particle-in-cell/Monte Carlo collision... 

【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)】：123 頁

【學(xué)位級別】：博士

【部分圖文】：

圖１．３?ＤＩＩＩ－Ｄ上典型的托卡馬克放電時序圖??

場的徑向梯度和垂貪磁場的存在使電予橫向漂移。盡管每個托卡馬克在啟動階段都會??產(chǎn)生一個局域的、瞬時的零場區(qū)，但實際中的零場Ｋ總會存在隨時間變化的橫＿場，??導(dǎo)致電子的橫向漂移，最終使電子在運動很多圈后撞到麾上，如圖１．７所私因此在擊??穿階段需要極向線圏電流的組合來優(yōu)化磁場位形，形成零場區(qū)，并保證等離子體擊穿??發(fā)生在芯部Ｓ域。實驗中的絕對零場區(qū)是不存在的，在Ｊ－ＴＥＸＴ裝置上，一般認(rèn)為極向??磁場�。妫担堑膮^(qū)域為零場區(qū)［６９］。圖１．８給出的是ＪＥＴ上形成的零場區(qū)位形，零場區(qū)內(nèi)??對應(yīng)的Ｌ／ｊ艮長，能夠確保擊穿順利完成。??圓１．７有效連接長度％的原理圖［１５］??在雪崩階段，電子平行電場的平均漂移速度近似為３５Ｅ／ｐ?（ｍ／ｓ），以ＮＳＴＸ裝置為??例（大半徑為０．８５ｍ，小半徑為０．６８ｍ），電予漂移到壁的時間大約為６ｍｓ。對離子而言，??其速度大約為〇．９Ｅ／ｐ?（ｍ／ｓ），對應(yīng)漂移到壁．上的時間大約為１５０ｍｓ，囡此雪崩階段二次??電離就不ＩＩ要。當(dāng)Ｅ／ｐＸｘｌｏＶｎ＾Ｔｏｒｒ－１

發(fā)現(xiàn)兩種啟動模式：匹配模式（ｍａｔｃｈｅｄ?ｍｏｄｅ）和爬升模式（ｒａｍｐ?ｍｏｄｅ）。??這兩種啟動方式的物理圖像都還不清楚。傳統(tǒng)的ｍａｔｃｈｅ?ｍｏｄｅ啟動過程的參數(shù)變化如??圖１．１１所示。初始的環(huán)向磁場＆由極向線圈中的電流產(chǎn)生，環(huán)向的等離子體電流／＞??由感應(yīng)的環(huán)電壓％驅(qū)動，而環(huán)電壓是由大環(huán)方向變化的磁場感應(yīng)產(chǎn)生，之后靠近等??離子體外邊界處的磁場反向。實驗發(fā)現(xiàn)當(dāng)?shù)入x子體電流＆達(dá)到峰值之后，反場分布可??以通過環(huán)向電場＆維持。因其類似于太陽物理學(xué)和天體物理學(xué)中場的產(chǎn)生過程，被??稱作ｄｙｎａｍｏ行為。對于ＲＦＰ上箍縮位形的維持，根據(jù)Ｔａｙｌｏｒ的理論，該位形會馳豫??到一個最小能量態(tài)。匸〇１１３血［１（）９］等人利用Ｔａｙｌｏｒ理論研究了啟動過程中的場分布情況，??１６??

【參考文獻(xiàn)】：
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本文編號：3538118