聚變等離子體中的電流驅(qū)動和輔助加熱對于環(huán)形磁約束裝置的持續(xù)運行非常重要。射頻波（包括低混雜波（LH）,離子伯恩斯坦波（IBW）,快波（FW）以及離子回旋波（ICW）等）作為一種經(jīng)濟高效的電流驅(qū)動和輔助加熱手段,被認(rèn)為是未來磁約束聚變電站不可或缺的一部分。目前射頻波裝置已經(jīng)在各大實驗裝置上展現(xiàn)出了優(yōu)異的性能,然而隨著實驗裝置的密度逐漸提高,射頻波特別是低混雜波的電流驅(qū)動效率出現(xiàn)巨大的下降。理論研究猜測邊界區(qū)域的非線性過程可能是驅(qū)動失敗的主要原因。目前的計算機模擬程序主要集中在使用線性或準(zhǔn)線性模型來計算射頻波的傳播和吸收,研究非線性問題的能力十分有限。為研究其中的非線性物理過程,我們在VirtEx平臺上開發(fā)了一套使用全動理學(xué)離子描述,回旋動理學(xué)電子描述的電磁模塊。該模塊使用一般的曲線坐標(biāo)系,適用于環(huán)位形聚變等離子體的模擬。通過進行單粒子運動測試,場方程測試,我們對模塊的正確性進行了細致的檢驗。在射頻波模塊的初步應(yīng)用方面,我們驗證了低混雜波和離子伯恩斯坦波在冷等離子體近似下的色散關(guān)系,結(jié)果與理論預(yù)期符合的很好。此模塊可以用于研究射頻波在等離子體內(nèi)傳播過程中發(fā)生的非線性效應(yīng),為實現(xiàn)有效的電流驅(qū)... 

【文章來源】：中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)安徽省 211工程院校 985工程院校

【文章頁數(shù)】：112 頁

【學(xué)位級別】：博士

【文章目錄】：
摘要
ABSTRACT
符號說明
第1章 緒論
    1.1 研究背景
    1.2 射頻波應(yīng)用于聚變等離子體中的概況及面臨的問題
    1.3 低混雜波的相關(guān)理論研究
        1.3.1 線性色散關(guān)系
        1.3.2 線性模轉(zhuǎn)換
        1.3.3 溫度的影響
        1.3.4 低雜波的線性阻尼
    1.4 離子伯恩斯坦波的線性理論
    1.5 射頻波的計算機模擬方法
        1.5.1 幾何光學(xué)法(Ray-Tracing)
        1.5.2 波束追跡法(Beam-Tracing)
        1.5.3 全波模擬方法(Full Wave)
        1.5.4 粒子模擬方法
    1.6 粒子模擬中的δf方法簡介
    1.7 工作意義、創(chuàng)新點與內(nèi)容概要
第2章 射頻波粒子模擬的理論模型
    2.1 粒子運動方程
    2.2 場方程
    2.3 曲線坐標(biāo)系中的粒子運動和場方程求解
        2.3.1 曲線坐標(biāo)系中的粒子運動
        2.3.2 粒子運動方程組在磁面坐標(biāo)系中的形式
        2.3.3 標(biāo)量和矢量拉普拉斯算符
        2.3.4 分量形式的場方程
        2.3.5 無量綱化的場方程
        2.3.6 場方程模塊實現(xiàn)中與方程組有關(guān)的若干問題
    2.4 本章小結(jié)
第3章 射頻波粒子模擬模塊的數(shù)值實現(xiàn)
    3.1 程序模塊的算法實現(xiàn)和執(zhí)行流程
    3.2 全動理學(xué)粒子推動的數(shù)值算法
    3.3 全動理學(xué)粒子的邊界處理
    3.4 高階插值方法及實現(xiàn)
    3.5 有限差分法求解垂直磁場截面上的場
    3.6 利用計算機符號系統(tǒng)自動推導(dǎo)復(fù)雜曲線坐標(biāo)系中的算符形式
    3.7 程序模塊中的并行化
    3.8 數(shù)據(jù)輸出,后處理與可視化
    3.9 本章小結(jié)
第4章 射頻波模塊的的分塊測試
    4.1 粒子軌道積分器測試
        4.1.1 全動理學(xué)軌道積分模塊的測試
        4.1.2 回旋動理學(xué)軌道積分程序的測試
    4.2 場方程求解器測試
    4.3 本章小結(jié)
第5章 低混雜波和離子伯恩斯坦波的模擬
    5.1 靜電低混雜波
    5.2 靜電離子伯恩斯坦波
    5.3 本章小結(jié)
第6章 工作總結(jié)與展望
參考文獻
附錄A 曲線坐標(biāo)系的基本性質(zhì)
    A.1 符號簡介
    A.2 任意曲線坐標(biāo)系
    A.3 度規(guī)張量(metric tensor)
    A.4 矢量在曲線坐標(biāo)系中的導(dǎo)數(shù)
    A.5 曲線坐標(biāo)系中的微分算子
附錄B 托卡馬克中通行/束縛粒子軌道性質(zhì)的推導(dǎo)
    B.1 通行粒子
    B.2 束縛粒子
附錄C 構(gòu)造解方法(Method of Manufactured Solutions)簡介
致謝
在讀期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文與取得的研究成果


【參考文獻】：
期刊論文
[1]Particle Trajectory Integrator in Guiding Center Phase Space[J]. 林競波,張文祿,劉鵬飛,董超,曹金濤,李定.  Chinese Physics Letters. 2018(02)
[2]Benchmark Simulations of Gyro-Kinetic Electron and Fully-Kinetic Ion Model for Lower Hybrid Waves in Linear Region[J]. 李德徽,項農(nóng),林郁,汪學(xué)毅,楊程,馬駿.  Plasma Science and Technology. 2014(09)



本文編號：3588595