實(shí)現(xiàn)氚自持是中國聚變工程試驗(yàn)堆（CFETR）的核心目標(biāo)之一,為了實(shí)現(xiàn)氚自持,CFETR的設(shè)計(jì)要求氚燃燒率大于3%,同時(shí)要確保1GW的聚變輸出功率。本文應(yīng)用OMFIT框架下的集成模擬工作流STEP評估了為同時(shí)達(dá)到上述兩個(gè)目標(biāo),所需的彈丸加料參數(shù)。為此,需要基于彈丸消融和沉積物理模型準(zhǔn)確計(jì)算彈丸的消融率和沉積剖面。本文基于Parks發(fā)展的最新消融模型給出的消融率定標(biāo)率計(jì)算彈丸消融率,并對其進(jìn)行了改進(jìn),包含了磁場對消融率的影響。模型預(yù)測CFETR的強(qiáng)磁場環(huán)境能大大降低彈丸消融率,增大穿透深度。本文發(fā)展了面源沉積模型,解決了現(xiàn)在通用的點(diǎn)源沉積模型在切向注入時(shí)的奇異性問題,并將模型推廣到了任意注入角度的一般情形,從而適合計(jì)算任意彈丸注入位形下的沉積密度剖面。基于Parks等人計(jì)算消融云橫跨磁場漂移距離的1維壓力弛豫的拉格朗日流體模型,本文發(fā)展了更適合實(shí)時(shí)預(yù)測的0.5維約化跨場漂移模型。模型預(yù)測結(jié)果和DⅢ-D實(shí)驗(yàn)中的彈丸沉積剖面能夠較好符合。對CFETR等離子體中彈丸注入位置的掃描結(jié)果表明,HFS中平面注入彈丸對實(shí)現(xiàn)深度加料最為有利。將面源沉積模型和0.5維約化跨場漂移模型應(yīng)用在彈丸消融、沉積程序... 

【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)】：95 頁

【學(xué)位級別】：博士

【文章目錄】：
摘要
ABSTRACT
第1章 緒論
    1.1 磁約束核聚變
    1.2 中國聚變工程試驗(yàn)堆（CFETR）
    1.3 氚自持
    1.4 氚燃燒率及其與加料的關(guān)系
    1.5 彈丸加料
        1.5.1 彈丸加料概述
        1.5.2 彈丸消融
        1.5.3 彈丸消融后的粒子沉積
    1.6 本文主要研究內(nèi)容及安排
第2章 彈丸消融粒子面源沉積模型
    2.1 點(diǎn)源沉積模型的奇異性問題
    2.2 面源沉積模型發(fā)展
        2.2.1 切向注入情形
        2.2.2 任意注入角度下的一般情形
    2.3 面源沉積模型和點(diǎn)源沉積模型結(jié)果對比
    2.4 彈丸消融、沉積程序PAM發(fā)展
        2.4.1 PAM介紹
        2.4.2 程序結(jié)構(gòu)
        2.4.3 GUI
        2.4.4 PAM中的彈丸消融模型
        2.4.5 PAM中的粒子沉積模型
    2.5 應(yīng)用面源模型計(jì)算CFETR等離子體中彈丸沉積密度剖面
    2.6 本章小結(jié)
第3章 彈丸消融粒子跨場漂移模型
    3.1 消融粒子跨場漂移概述
    3.2 0.5維約化跨場漂移模型
    3.3 模型計(jì)算結(jié)果與DⅢ-D實(shí)驗(yàn)結(jié)果對比
    3.4 基于0.5維約化跨場漂移模型預(yù)測CFETR等離子體中彈丸加料深度
        3.4.1 彈丸注入位置對加料深度的影響
        3.4.2 彈丸注入速度對加料深度的影響
        3.4.3 包殼彈丸的加料深度
    3.5 本章小結(jié)
第4章 集成模擬評估CFETR所需的彈丸加料參數(shù)
    4.1 集成模擬工作流STEP介紹
    4.2 CFETR提高氚燃燒率的方法
    4.3 評估為實(shí)現(xiàn)1GW聚變功率、3%氚燃燒率所需的彈丸加料參數(shù)
        4.3.1 加料深度、粒子約束時(shí)間、聚變功率和氚燃燒率的關(guān)系
        4.3.2 不包含消融粒子跨場漂移效應(yīng)的結(jié)果
        4.3.3 包含消融粒子跨場漂移效應(yīng)時(shí)包殼彈丸的結(jié)果
    4.4 提高彈丸加料深度和效率的探討
        4.4.1 提高彈丸注入速度
        4.4.2 中心是氚、外面是氘、外殼是鈹或碳的夾心彈丸
    4.5 本章小結(jié)
第5章 總結(jié)與展望
    5.1 總結(jié)
    5.2 未來展望
參考文獻(xiàn)
致謝
在讀期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文與取得的其他研究成果


【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]托卡馬克研究的現(xiàn)狀及發(fā)展[J]. 李建剛.  物理. 2016(02)
[2]Interaction of Impurity （Li, Be, B and C） and Hydrogen Isotope Pellet Injection with Reactor-relevant Plasmas[J]. 鄧柏權(quán),J.P.Allain,彭利林,王曉宇,陳志,嚴(yán)建成.  Plasma Science & Technology. 2005(01)



本文編號：2966455