J-TEXT托卡马克三维磁场分布研究

发布时间：2020-04-23 08:17

【摘要】：磁场位形在托卡马克聚变实验研究中有着至关重要的作用。铁芯托卡马克装置中，铁芯的存在使得磁场分布的计算难度相对增加。为方便计算，建立了一些二维解析铁芯模型。这些模型由于前提假设的不同而给磁场分布的计算带来了不同的边界条件，因而得到的磁场分布计算结果与实际情况有所偏差。为了获得铁芯托卡马克的极向磁场三维分布，建立了带铁芯的极向磁场线圈三维数值模型，计算铁芯托卡马克的三维磁场，并与不同铁芯模型的磁场计算结果进行比较。从而研究铁芯托卡马克的三维磁场的极向分量在环向上的不对称性。 J-TEXT托卡马克三维磁场分布不仅包括极向磁场，同时还要纵向磁场。理想的托卡马克纵场是环向均匀的，但是由于线圈之间存在的间隙导致纵场在环向存在变化，即纵场波纹，纵场纹波对等离子体约束性能有很大影响。因此准确建立了J-TEXT托卡马克的纵向磁场线圈系统，从而更精确地计算纵场的波纹度，并研究纵场线圈系统的其他特点。为了最大化地利用关于铁芯条件下的极向磁场和纵场线圈系统产生的磁场的研究成果，并更好地研究托卡马克磁面，设计了普适的磁力线追踪程序。导入磁场分布数据库即可通过磁力线追踪的原理绘制起始点所在磁面。利用该程序对比了给不同线圈通电情况下的磁面异同。本工作通过有限元分析法，建立了带铁芯的极向磁场线圈系统和纵场线圈系统的有限元模型。利用它们对单独通入不同线圈组电流情况下的磁场分布进行了有限元计算并导出一定分辨率条件下部分空间内所有点的磁场，从而建立了若干三维磁场分布数据库。由于磁场可以线性叠加，在一定的近似条件下，这些数据库所存储的磁场可以相互组合成不同放电条件时的三维磁场分布。最后利用这些数据库组成的磁场分布，测试了基于四阶龙格库塔法编写的磁力线追踪程序，直观地考察了不同的条件对磁力线及磁面的影响。
【图文】：

示意图,环电流,磁场计算,真空条件

D 方式主要有三种：磁感应强度、磁通（标量势），磁最方便方式，但其物理含义较为模糊。根据电动力为穿过环路的磁通： A dl A dS 可以窥探磁矢势的物理含义。磁场由电流产生，磁矢势与电流元之间有着简单的关系可以对比：04IdlAr 电流元的空间位型，为矢量；I 为电流元上的电流的距离，同样为标量。

磁场分布,托卡马克装置

由于前提假设的不同而有着不同的边界条件，因此在磁场分布的计算定的差异。都具有环向对称性，因此可以将无限长直柱铁芯模型和 Spool 模型归类这类二维模型忽略了铁芯的环向不对称性。其中无限长直柱铁芯模型心柱的影响，且认为其是无限长的。这种假设强调了中心柱的作用，作用，影响了磁场的计算结果。而 Spool 模型假设磁导率无限大，将闭胶卷状且计算时不考虑外壁的影响。决上述模型存在的缺陷和问题，本工作以 J-TEXT 托卡马克为对象，建元模型(Finite element model，简称 FEM)，，更加精确地对磁场分布进行前面所述的二维模型计算结果进行了对比，从而研究铁芯的环向不对布的影响。这对磁面结构及等离子平衡反演研究都有着重要的意义[7文研究目的和内容
【学位授予单位】：华中科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TL631.24

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