KTX装置的概念设计和RFP电流启动阶段的实验研究

发布时间：2020-06-04 03:10

【摘要】：反场箍缩装置是一种环形磁约束聚变装置,和其他两种重要的环形磁约束聚变装置托卡马克以及仿星器相比,RFP的主要特点是其磁场均由等离子体电流产生。RFP中的极向磁场和环向磁场的幅度可比,并且垂直方向的两个磁场通过非线性作用'dynamo'耦合在一起。其独特的磁场位型使得RFP可以达到很高的比压值,而且理论上仅通过欧姆加热就可以实现聚变点火。较低的外加磁场要求使得反场箍缩装置的工程研制相对简单和紧凑,这些特点都是磁约束聚变反应堆所期望的。本论文工作的是KTX(Keda Torus eXperiment)反场箍缩实验装置的物理参数的设计,以及KTX各个系统的概念设计。为了给KTX反场箍缩实验装置未来放电运行积累经验和数据,针对反场箍缩电流启动阶段的物理过程进行了实验研究。 本论文中通过对反场箍缩装置研究历史和目前研究现状的调研和讨论,确定了于KTX装置上开展的物理研究内容：电阻壁模的控制,边界条件对RFP位型约束的改善,电流密度剖面调节对RFP约束的改善和单螺旋态的实现。以这些物理研究背景为基础,归纳得到KTX装置的设计参数。根据现有定标率对KTX的约束参数进行预测,并且结合一维平衡模型和能流守恒模拟了KTX的放电波形。 本论文依据物理研究目标提出了KTX各个系统的基本设计要求。这些系统包括欧姆场和平衡场系统,纵场系统,真空室和导体壳。建立3D电磁模型对纵场线圈进行了设计。使用二维平衡模拟程序对平衡场线圈进行设计并且研究了等离子体电流分布和压强分布对平衡设计的影响。使用贝叶斯物理设计方法对多道干涉仪的光束位置进行设计,为KTX诊断工具的参数设计提供了一种可行的方法。 本论文研究了MST反场箍缩装置上等离子体电流爬升阶段的物理过程。首次在反场箍缩的电流启动阶段测量得到等离子体的磁场和动力学参数剖面。实验在不同启动纵场的条件下进行,发现高启动纵场可以降低极向磁通的消耗。在电流启动的过程中发现反常离子加热和m=1的不稳定模与q剖面的对应关系。最后通过感应磁通消耗和电阻磁通消耗的计算,分析得到不同启动纵场下磁通消耗的不同的原因。
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第1章引言缩装置，通常是环形的位型。在这一系统中外加纵向磁场，使得环向磁场磁场是一个量级的，即根据 Rosenbluth[9]，，Tayler[10]和 Shafranov[理论，这一环形的位型可以抑制m=0和m=l的不稳定性。这一时期的比的装置有Los Alamos实验室的SCEPTRE和ZETA装置[12], LivermoreAMMA[13]装置，和Leningrad的ALPHA|;i4]装置。这一系列装置得到的结论是，即使箍缩装置可以保持等离子体柱整体稳定并且保持在容器中间，然存在很严重的能量损失，涨落和其他类型的不稳定性所带来的糟糕的约束。os Alamos的PERHAPSATRON S4[ 15]装置上，显示能量损失主要来自于紫射，不过后来理论研究显示磁场位型的不稳定才导致了这些能量损失[16]。ETA装置上，Butt等人也对于福射损失上得到了类似的结论[17]。如图1.1ETA装置的照片。

c?{0)f图1.11 ^?2 = 1的模的^<0)和《0)的稳定区域1.2.1.3反场籀~.位型的维持因为等离子体是有电阻的，所以RFP装置中的磁场是在不断扩散的。考虑柱位型下的RFP磁场位型，电阻扩散的指数时间尺度因子为r = 1//7//2 =?2/47l

本文编号：2695804