發(fā)布時間：2022-01-21 13:04

　　離子回旋共振加熱是托卡馬克中主要輔助加熱手段之一,并在實驗中取得了廣泛成功。然而,離子回旋波驅(qū)動的射頻鞘會導(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,而且會對材料造成損傷,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功率耗散和雜質(zhì)濺射的影響,對提高離子回旋加熱效率,延長相關(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)展了一個適合描述聚變等離子體中離子回旋頻段下的一維無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鞘層結(jié)構(gòu)的影響,而材料表面的瞬態(tài)電勢和鞘層厚度的關(guān)系則通過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電流的大小和頻率、等離子體參量對鞘層結(jié)構(gòu)有很大的影響。鞘層電勢隨擾動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會導(dǎo)致鞘層電勢降低。對于輕雜質(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,在這種條件... 

【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)】：62 頁

【學(xué)位級別】：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ＧＨｚ量級，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??實現(xiàn)、造價低等優(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，還可以實現(xiàn)等離子體芯部電流驅(qū)動，因此離子回旋波加熱在托卡馬克??實驗中得到了廣泛應(yīng)用，如韓國的ＫＳＴＡＲ、德國的ＡＳＤＥＸ－Ｕ、歐盟的ＪＥＴ、法??國的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??計劃為２０?ＭＷ，后期計劃升級到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)由信號源、固態(tài)放大器、功率驅(qū)動放大器??和末級放大器構(gòu)成［２６］。信號源發(fā)射的射頻波經(jīng)三級放大器放大后輸出功率可達(dá)??１．５ＭＷ，?ＥＡＳＴ中有８臺射頻波發(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，每個天線接４臺發(fā)射機(jī)，??輸入功率為４Ｘ１．５ＭＷ。離子回旋加熱在ＥＡＳＴ等托卡馬克實驗中取得了廣泛成??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)生在儲能和電子密度??連續(xù)增長的階段，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)證明了臺基區(qū)的形成。此外，與單獨(dú)使用低雜??波加熱時導(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：3600314