托卡馬克裝置中,起弧是等離子體與壁相互作用的關(guān)鍵問題之一,一方面起弧可腐蝕壁材料表面,影響壁材料使用壽命,另一方面,由起弧產(chǎn)生的雜質(zhì)可進(jìn)入等離子體,影響等離子體運(yùn)行。隨著高Z金屬壁材料的應(yīng)用和等離子體加熱功率的提高,由起弧引起的腐蝕所產(chǎn)生的雜質(zhì)對等離子體性能的影響越來越大。本文首先利用COMSOL程序模擬分析了托卡馬克裝置面對等離子體部件表面起弧過程中弧坑的形成及演化過程,并通過實(shí)驗(yàn)觀測分析了 AUG托卡馬克裝置電弧觸發(fā)的影響因素和EAST裝置起弧對第一壁材料的腐蝕行為。采用COMSOL軟件對托卡馬克壁材料(W、Mo、Cu、Al)表面起弧過程中弧坑的形成及演化過程進(jìn)行了模擬分析。依據(jù)真空電弧陰極斑點(diǎn)理論及實(shí)驗(yàn),設(shè)置真空電弧能流密度為～1012 W/m2和電弧壓力為～108 Pa。結(jié)果發(fā)現(xiàn),鎢(W)陰極在電弧能流密度為3×1012 W/m2和壓力為8×1 08 Pa載荷情況下,W電弧坑的最高溫度可以達(dá)到11000 K,金屬射流的速度可以達(dá)到220 m/s,載荷加載約28 ns秒后,可形成半徑約3 μm,深度約1.1 μm的弧坑,其熔融體積達(dá)15 μm3左右。銅材料熔坑在不同能流密度和電弧...

【文章頁數(shù)】：121 頁

【學(xué)位級別】：博士

【文章目錄】：
摘要
ABSTRACT
第一章 緒論
    1.1 受控?zé)岷司圩?br>    1.2 托卡馬克裝置
    1.3 等離子體與壁相互作用
        1.3.1 等離子體邊界
        1.3.2 等離子體與壁材料相互作用
    1.4 電弧
    1.5 托卡馬克裝置中的電弧
    1.6 本論文的研究內(nèi)容與意義
第二章 電弧陰極過程理論及模型概述
    2.1 集體電子發(fā)射理論:穩(wěn)態(tài)模型
        2.1.1 熱場發(fā)射
        2.1.2 金屬表面電性能對電子發(fā)射的影響
    2.2 集體電子發(fā)射理論:非穩(wěn)態(tài)模型
        2.2.1 陰極能量平衡
        2.2.2 發(fā)射中心的演化過程與Ecton模型
    2.3 分形斑點(diǎn)模型
        2.3.1 發(fā)射中心的點(diǎn)燃和分形特征
        2.3.2 陰極斑點(diǎn)類型
        2.3.3 隨機(jī)與定向游走
    2.4 托卡馬克中單極弧原理及理論模型
    2.5 本章小結(jié)
第三章 電弧坑的模擬研究
    3.1 模型、參數(shù)和條件
        3.1.1 COMSOL基本知識
        3.1.2 分析模型
        3.1.3 材料物性參數(shù)
    3.2 電弧坑形成及演化過程
    3.3 電弧參數(shù)的影響
        3.3.1 能流密度的影響
        3.3.2 電弧壓力的影響
        3.3.3 電弧空間特定參數(shù)的影響
    3.4 不同材料的差異
    3.5 本章小結(jié)
第四章 AUG中電弧原位檢測及分析
    4.1 引言
    4.2 AUG中高時空分辨率成像系統(tǒng)
    4.3 電弧圖像處理
        4.3.1 圖像處理基礎(chǔ)
        4.3.2 電弧視頻及其噪聲去除方法
        4.3.3 電弧圖像的檢測及提取
        4.3.4 電弧圖像的性質(zhì)
    4.4 AUG放電參數(shù)的影響
        4.4.1 NBI加熱功率的影響
        4.4.2 氮?dú)庾⑷氲挠绊?br>    4.5 電弧與ELMs的關(guān)系
        4.5.1 ELMs頻率及強(qiáng)度的影響
        4.5.2 ELMs期間高場側(cè)高密度區(qū)的影響
    4.6 高分辨率紅外相機(jī)診斷
    4.7 本章小結(jié)
第五章 EAST中電弧實(shí)驗(yàn)研究
    5.1 EAST中PFCs表面電弧痕跡
    5.2 EAST電弧誘導(dǎo)實(shí)驗(yàn)研究
        5.2.1 實(shí)驗(yàn)樣品準(zhǔn)備
        5.2.2 EAST邊緣等離子體中誘導(dǎo)起弧
        5.2.3 結(jié)果與討論
    5.3 本章小結(jié)
第六章 總結(jié)與展望
    6.1 全文總結(jié)
    6.2 文章的創(chuàng)新性
    6.3 未來工作展望
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



本文編號：3863570