離子回旋共振加熱是托卡馬克中主要輔助加熱手段之一,并在實(shí)驗(yàn)中取得了廣泛成功。然而,離子回旋波驅(qū)動(dòng)的射頻鞘會(huì)導(dǎo)致強(qiáng)烈的等離子體與邊界材料的相互作用,引起雜質(zhì)濺射、邊界功率損失、熱斑等一系列負(fù)面效應(yīng)和問(wèn)題,不僅改變邊界等離子體參數(shù),影響等離子體性能,而且會(huì)對(duì)材料造成損傷,縮短材料壽命。因此,研究離子回旋加熱下的射頻鞘特性以及射頻鞘對(duì)功率耗散和雜質(zhì)濺射的影響,對(duì)提高離子回旋加熱效率,延長(zhǎng)相關(guān)部件壽命,控制主約束區(qū)的雜質(zhì)水平等有著重要意義。本文基于流體模型并結(jié)合等效電路模型,發(fā)展了一個(gè)適合描述聚變等離子體中離子回旋頻段下的一維無(wú)碰撞射頻等離子體鞘層模型。流體模型中包含了高能離子成分以及雜質(zhì)離子成分,并且考慮了離子溫度對(duì)鞘層結(jié)構(gòu)的影響,而材料表面的瞬態(tài)電勢(shì)和鞘層厚度的關(guān)系則通過(guò)等效電路模型自洽地確定。模擬結(jié)果表明,由離子回旋加熱引起的擾動(dòng)電流的大小和頻率、等離子體參量對(duì)鞘層結(jié)構(gòu)有很大的影響。鞘層電勢(shì)隨擾動(dòng)電流振幅的增大而增大,隨頻率的增大而減小。等離子體密度,背景離子溫度,以及高能離子能量或濃度增大時(shí)會(huì)導(dǎo)致鞘層電勢(shì)降低。對(duì)于輕雜質(zhì)離子,其濃度在托卡馬克邊界區(qū)域通常是百分之幾以下的量級(jí),在這種條件... 

【文章來(lái)源】：中國(guó)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(yè)數(shù)】：62 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

圖１．２?ＥＡＳＴ裝置及ＥＡＳＴ主機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖??１．２托卡馬克中的離子回旋波加熱??

?第１章緒論???率范圍為幾個(gè)ＧＨｚ量級(jí)，頻率介于離子回旋頻率與電子回旋頻率之間。相應(yīng)的??加熱方式則分別為離子回旋波加熱（ＩＣＲＨ）、電子回旋波加熱（ＥＣＲＨ）和低混??雜波加熱（ＬＨＣＤ）。圖１．３給出了?ＥＡＳＴ裝置中各輔助加熱系統(tǒng)及其分布［５］。與??ＩＴＥＲ類似，ＥＡＳＴ具有以射頻波加熱為主，低動(dòng)量注入的特點(diǎn)。??ＬＨＣＤ??ｗ?（４．６ＧＨｚ）??奪?二?６ＭＷ??ＮＢＩ￣８ＭＷ?ｒ＾／Ｌ＋ｊＴＶ＾Ｎ??ＬＨＣＤ１０ＭＷ?Ｍ?ＬＨＣＤ??ＩＣＲＦ?１２ＩＳＩＷ?ＥＣＲＨ?（２．４５ＧＨｚ）??ＥＣＲＨ?４Ｍ＾?（１ｌ°ｎｖＺ）?４Ｍ＇Ｖ??圖１．３?ＥＡＳＴ中各輔助加熱系統(tǒng)及其分布??由于離子回旋加熱［＆２５］具有加熱功率及加熱效率高，天線系統(tǒng)比較容易設(shè)計(jì)??實(shí)現(xiàn)、造價(jià)低等優(yōu)點(diǎn)［２５］，而且離子回旋波不僅可以有效加熱離子，也可以直接??加熱電子，還可以實(shí)現(xiàn)等離子體芯部電流驅(qū)動(dòng)，因此離子回旋波加熱在托卡馬克??實(shí)驗(yàn)中得到了廣泛應(yīng)用，如韓國(guó)的ＫＳＴＡＲ、德國(guó)的ＡＳＤＥＸ－Ｕ、歐盟的ＪＥＴ、法??國(guó)的ＷＥＳＴ等均裝備了離子回旋加熱系統(tǒng)。ＩＴＥＲ建成初期的離子回旋加熱功率??計(jì)劃為２０?ＭＷ，后期計(jì)劃升級(jí)到４０?ＭＷ。離子回旋加熱也是ＥＡＳＴ的主要輔??助加熱手段之一。ＥＡＳＴ的離子回旋波加熱系統(tǒng)主要包括發(fā)射機(jī)、傳輸線、匹配??網(wǎng)絡(luò)、天線等部分［２６，２７］。射頻波發(fā)射機(jī)由信號(hào)源、固態(tài)放大器、功率驅(qū)動(dòng)放大器??和末級(jí)放大器構(gòu)成［２６］。信號(hào)源發(fā)射的射頻波經(jīng)三級(jí)放大器放大后輸出功率可達(dá)??１．５ＭＷ，?ＥＡＳＴ中有８臺(tái)射頻波發(fā)射機(jī)，因此總的最大輸出功率為８Ｘ１．５ＭＷ。??發(fā)射機(jī)的工作頻率為

?第１章緒論???天線，Ｉ窗口為折疊型的四電流帶天線，如圖１．５所示，每個(gè)天線接４臺(tái)發(fā)射機(jī)，??輸入功率為４Ｘ１．５ＭＷ。離子回旋加熱在ＥＡＳＴ等托卡馬克實(shí)驗(yàn)中取得了廣泛成??功，２０１３年，ＥＡＳＴ在單獨(dú)使用離子回旋加熱條件下獲得了高約束模等離子體［２８］，??如圖１．６所示，ＩＣＲＨ注入功率為１．７ＭＷ，Ｌ－Ｈ模轉(zhuǎn)換發(fā)生在儲(chǔ)能和電子密度??連續(xù)增長(zhǎng)的階段，等離子體在３．４?ｓ達(dá)到Ｈ模，并持續(xù)至６．８５?ｓ。電子密度的變??化和遠(yuǎn)紫外（ＸＵＶ）輻射的增強(qiáng)證明了臺(tái)基區(qū)的形成。此外，與單獨(dú)使用低雜??波加熱時(shí)導(dǎo)致等離子體芯部電子溫度降低不同，單獨(dú)使用離子回旋加熱時(shí)芯部電??子溫度升高了約３００ｅＶ，離子溫度升高了約３００ｅＶ，環(huán)向旋轉(zhuǎn)增加了約２０ｋｍ／ｓ，??如圖１．７所示［２８］。??波紋管??天線ｉ；架結(jié)構(gòu)真空饋ｎ??電流帶??圖１．５?ＥＡＳＴ中位于Ｂ窗口的雙電流帶天線（左圖）和位于１窗口的四電流帶天線??（右圖）??５??

【參考文獻(xiàn)】：
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本文編號(hào)：3600314