托卡馬克裝置中邊緣和刮削層區(qū)域的等離子體輸運(yùn)是當(dāng)前核聚變等離子體物理研究的重要課題。輸運(yùn)水平遠(yuǎn)高于經(jīng)典理論和新經(jīng)典理論預(yù)測(cè)值的反常輸運(yùn)導(dǎo)致嚴(yán)重的粒子、熱流損失,限制了等離子體的整體約束水平,同時(shí)為托卡馬克等環(huán)形磁約束裝置的第一壁和偏濾器帶來(lái)嚴(yán)重的熱負(fù)荷甚至損壞。實(shí)驗(yàn)、理論和數(shù)值模擬研究證明邊緣等離子體微觀不穩(wěn)定性引發(fā)的湍流是導(dǎo)致反常輸運(yùn)現(xiàn)象的主要原因,而由湍流經(jīng)自組織過(guò)程發(fā)展形成的等離子體絲狀結(jié)構(gòu)等較大尺度的相干結(jié)構(gòu)使湍性輸運(yùn)表現(xiàn)出明顯的陣發(fā)性特征。在1982年于ASDEX裝置上首次發(fā)現(xiàn)的高約束模式（H模）中,邊緣區(qū)域的湍性輸運(yùn)被有效抑制,等離子體約束狀態(tài)顯著提升。H模也因此被選作為在建的國(guó)際熱核聚變堆乃至將來(lái)的核聚變電站的首選運(yùn)行模式。但隨后的研究發(fā)現(xiàn),H模放電多伴有邊緣局域模出現(xiàn),具有與等離子體絲狀結(jié)構(gòu)相似的大尺度、陣發(fā)性特征。強(qiáng)烈的邊緣局域模爆發(fā)會(huì)對(duì)第一壁和偏濾器造成嚴(yán)重的燒蝕、損壞等問(wèn)題,而通過(guò)改進(jìn)放電條件或使用多種主動(dòng)控制手段可有效改變邊緣局域模的爆發(fā)頻率和強(qiáng)度,并將邊緣局域�？煽氐赜糜谝龅入x子體熱流和排出等離子體中積聚的雜質(zhì)。由于托卡馬克裝置中具有較強(qiáng)的環(huán)向磁場(chǎng),上述等離... 

【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

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【學(xué)位級(jí)別】：博士

【部分圖文】：

圖１．２．１不同聚變反應(yīng)在不同溫度下的反應(yīng)率（反應(yīng)截面ｃｒｘ粒子速度ｖ）??［來(lái)源：Ｗｉｋｉｐｅｄｉａ?ｈｔｔｐｓ：／／ｅｎ．ｗｉｋｉｐｅｄｉａ．ｏｒｇ／ｗｉｋｉ／Ｎｕｃｌｅａｒ?ｆｕｓｉｏｎｌ〇??

家Ｊ．Ｄ．?Ｌａｗｓｏｎ提出了一個(gè)用于衡量聚變反應(yīng)能否發(fā)生??并自持進(jìn)行的判別方法，并于１９５７年公開發(fā)表［１］，后被稱為勞遜判據(jù)（Ｌａｗｓｏｎ??ｃｒｉｔｅｒｉｏｎ）。勞遜判據(jù)考慮：核聚變?nèi)剂习l(fā)生反應(yīng)產(chǎn)生的能量超過(guò)向外損失的能量，??且產(chǎn)生的能量中有足夠多的能量被系統(tǒng)吸收用于維持高溫條件從而使反應(yīng)持續(xù)??進(jìn)行，即可認(rèn)為“點(diǎn)火成功”。最初的勞遜判據(jù)僅考慮在一定溫度下，反應(yīng)率Ｒ與??等離子體（電子）密度＼和能量約束時(shí)間乘積的關(guān)系，并可據(jù)此得出能夠?qū)崿F(xiàn)??凈能量產(chǎn)出的所需的最小乘積值，如圖１．２．２所示。??ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ?［ｋｅＶ］??２４１０°?１０１?１０２?１０３??，１０??Ｓｉ?１０２３?＼?＾?一?Ｄ－Ｄ?－??＊?＼?一?Ｄ－Ｈｅ３??？：：：＼＾??１０２０?＾?Ｌｉ?＾?＼??１０１?１０ｚ?１０Ｊ?１０??ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ?［ｍｉｌｌｉｏｎ?Ｋｅｌｖｉｎ］??圖１．２．２三種聚變反應(yīng)在不同溫度下維持反應(yīng)所需的最小值??［來(lái)源：Ｗｉｋｉｐｅｄｉａ?ｈｔｔｐｓ：／／ｅｎ．ｗｉｋｉｐｅｄｉａ．ｏｒｇ／ｗｉｋｉ／Ｌａｗｓｏｎ?ｃｒｉｔｅｒｉｏｎ１〇??其中，能量約束時(shí)間的定義為，??＝?（１－２－７）??ｒｌ〇ＳＳ??Ｗ是等離子體總儲(chǔ)能，６。？則是對(duì)應(yīng)的儲(chǔ)能損失功率。??隨后的研宄則認(rèn)為綜合考慮等離子體密度ｎ、能量約束時(shí)間和等離子體溫??度Ｔ三者的乘積？１７＞￡更適合作為判斷依據(jù)。??由圖１．２．３可見，對(duì)于最容易實(shí)現(xiàn)的Ｄ－Ｔ反應(yīng)，較為適宜的溫度區(qū)間為ｌＯｆｅＫ??－２０心廠，在Ｔ＝１４ｆｅＰ有最小值，ｎｒｒ￡２?３ｘｌ０２１ｆｃｅｌ＾ｍ－３．ｓ。為使三乘積能??

?引目???ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ?［ｋｅＶ］??４ｌ〇°?１０１?１０２?１０３??＾?ｘ?＼?ｙ＼￣￣?ＤＴ?Ｉ．??＾?一?Ｄ－Ｈｅ３??１〇１０１?１０２?１０３?１０４??ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ?［ｍｉｌｌｉｏｎ?Ｋｅｌｖｉｎ］??圖１．２．３三種聚變反應(yīng)在不同溫度下維持反應(yīng)所需的最�。埽贰辏分�??［來(lái)源：Ｗｉｋｉｐｅｄｉａ?ｈｔｔｐｓ：／／ｅｎ．ｗｉｋｉｐｅｄｉａ．ｏｒｇ／ｗｉｋｉ／Ｌａｗｓｏｎ?ｃｒｉｔｅｒｉｏｎｌ。??束在一定空間內(nèi)做隨機(jī)熱運(yùn)動(dòng)，利用原子核熱運(yùn)動(dòng)碰撞克服庫(kù)侖斥力發(fā)生聚變反??應(yīng)。理論上磁約束核聚變可以在穩(wěn)定的磁場(chǎng)中持續(xù)進(jìn)行并源源不斷地產(chǎn)生能量，??人類也因此在數(shù)十年內(nèi)對(duì)磁約束核聚變開展了非常深入的研宄，并認(rèn)為磁約束核??聚變是最有希望實(shí)現(xiàn)可控核聚變能源應(yīng)用的技術(shù)路線。??人類對(duì)磁約束核聚變研宄自１９４０年代開始，經(jīng)過(guò)幾十年探索，發(fā)展了多種??磁約束等離子體裝置，主要有托卡馬克（Ｔｏｋａｍａｋ）、仿星器（Ｓｔｅｌｌａｒａｔｏｒ）、球馬??克（Ｓｐｈｅｒｏｍａｋ）、反場(chǎng)箍縮（Ｒｅｖｅｒｓｅｄ?ｆｉｅｌｄ?ｐｉｎｃｈ，ＲＦＰ）裝置等具有閉合磁場(chǎng)位??形的裝置，以及具有開端磁場(chǎng)位形的磁鏡（Ｍａｇｎｅｔｉｃｍｉｒｒｏｒ）裝置等類型。其中，??托卡馬克裝置因其最早實(shí)現(xiàn)了等離子體密度、溫度和約束時(shí)間的突破，最為受重??視也發(fā)展最快，先后于１９８２年在ＡＳＤＥＸ裝置實(shí)現(xiàn)了高約束運(yùn)行模式［Ｉ?１９９１??年在ＪＥＴ裝置上開展Ｄ－Ｔ反應(yīng)實(shí)驗(yàn)并產(chǎn)生了?１．７ＭＷ聚變功率［３］，１９９３年在ＴＦＴＲ??裝置上實(shí)現(xiàn)了?６．２ＭＷ的Ｄ－Ｔ反應(yīng)功率并隨后進(jìn)一步提升到１０．７ＭＷ［４，５］，１９９


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