HL-2A托卡马克中电阻壁模的数值研究

发布时间：2020-05-18 06:40

【摘要】：先进托卡马克装置,能够长时间稳态运行,这对未来聚变反应堆具有积极的意义。而托卡马克装置中有很多能够影响其稳态运行的磁流体不稳定模式,其中外扭曲模是最危险的磁流体不稳定模式之一,能够极大地限制装置的稳态运行。理论和实验研究表明,用理想导体壁将托卡马克中的等离子体包围,当理想导体壁充分靠近等离子体时,可以完全稳定住外扭曲模。但是,完全理想的导体壁并不存在,实际应用的导体壁或多或少都会有电阻。这种带有电阻的导体壁被称为电阻壁。托卡马克中等离子体被足够靠近它的电阻壁包围时,快速增长的外扭曲模就转换为增长较慢的另一种磁流体不稳定性。这种新的磁流体不稳定性跟包围等离子体的导体壁电阻有关,因此被称为电阻壁模。所以在先进的托卡马克中,抑制电阻壁模是一个非常重要的物理问题。解析方法和数值方法研究表明,较强的等离子体旋转和粘滞能够稳定电阻壁模。在许多理论研究中,所采用的几何模型中外导体壁形状都类似于内部等离子体边界的形状。而HL-2A托卡马克装置中,等离子体边界的形状是圆形,导体壁为多边形。这种托卡马克装置中,导体壁对于外扭曲模和电阻壁模的抑制作用还没有被研究。在本文中,我们针对HL-2A托卡马克装置来研究其多边形导体壁对于外扭曲模和电阻壁模的影响。本文采用本征值方法来研究磁流体不稳定性,数值求解本征函数和本征值。在本文的第二章,给出了HL-2A托卡马克装置的几何模型和研究所用的物理模型；针对一组平衡电流剖面,用CHEASE程序计算相应的平衡位形。在不同的平衡位形下,用MARS程序计算外扭曲模的增长率,确定理想壁对外扭曲模作用的临界位置。第三章基于得到的平衡位形,研究等离子体旋转对于外扭曲模和电阻壁模的稳定作用。第四章研究等离子体平行粘滞力对于外扭曲模和电阻壁模的稳定作用。结果表明,平衡电流密度剖面的中心越平缓,HL-2A托卡马克装置中外扭曲模的增长率越小；外扭曲模的实频率和等离子体旋转频率几乎相同；对电阻壁模而言,不论等离子体的旋转如何变化,它的实频率都很小而且几乎不发生变化；等离子体旋转和等离子体粘滞共同作用能够完全抑制外扭曲模和电阻壁模；对于一定的等离子体粘滞,可以得到形成稳定窗的等离子体旋转阈值,当等离子体粘滞增加时,等离子体旋转阈值降低。
【图文】：

示意图,托卡马克装置,示意图,磁场

就需要强大的加热方法，二是在如此高温度条件下，任何材料都难以承受，因过磁约束高温等离子体解决这一难题。磁约束聚变主要是通过磁场对带电粒子用来约束等离子体：一是带电粒子在磁场中所受的洛企兹力，把带电粒子约束周围；二是磁场对等离子体束的磁压力，磁压力是由于磁场不均匀，使等离子向内部的力，磁压力能够有效的抵消热压力；三是等离子体流受到来自磁场的这一力的作用使等离子体流在径向被约束。设计磁场位形，充分利用磁场的这来约束高温等离子体。约束装置的种类包括[2]:仿星器、球马克、Z箍缩、反场镜等等。然而经过大量研究表明，环型磁约束位形能够建造聚变反应堆的可能目前为止环形磁约束位形主要是托卡马克装置。托卡马克的基本概念托卡马克装置图1. 1所示，托卡马克装置主要是由产生磁场的各种线圈和环形真空室组成。包括三种线圈：极向场线圈，，环向场线圈和欧姆线圈。其中磁场包括环形磁场场。环向磁场是由环向磁场线圈产生的沿大环方向磁场，极向磁场是由外极向

托卡马克装置,等离子体,环径比,拉长比

HL-2A托I：?马克中电阻壁模的数值研究各种托卡马克装置中，等离子体的环向截面有圆形和非圆形。非圆截面是把圆离子体沿着大环主轴方向拉长，使等离子体形状发生变化，如椭圆形、D形等1.3所示，其中环径比J = a为小半径，R为大半径，拉长比以及= 实验结果表明，这种位形能够提高等离子体的温度和磁约束效率，核聚变的开发和研究的步伐。全世界许多的国家都在运行托卡马克装置，、JT-60U、TS、JET、HL-2A 和 EAST 等等托卡马克装置，其中 HL-2A 和 EA自主研发的托卡马克装置。还有世界上最著名的ITER装置，它是具有托卡马国际热核反应堆，如图1.4所示是ITER装置示意图。它是由俄罗斯、美国、国、日本、韩国以及印度这七国共同开发研究并建造的，经过七国的讨论研究TER反应堆建在法国。
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TL631.24

【参考文献】