托卡马克中电子回旋波和高谐快波电流驱动的研究

发布时间：2020-07-03 11:20

【摘要】：为实现托卡马克高性能稳态运行,托卡马克中等离子体电流必须用非感应电流驱动产生和控制。电子回旋波电流驱动和高谐快波电流驱动是非感应电流驱动中非常重要的两种方式,因此,利用电子回旋波,高谐快波,以及它们联合驱动等离子体电流是受控核聚变研究中的重要课题。本文结合托卡马克装置,对电子回旋波电流驱动,高谐快波电流驱动,电子回旋波和高谐快波联合电流驱动,以及电子回旋波抑制磁流体不稳定性进行了系统的理论和模拟研究。主要成果如下：1、结合射频波电流驱动理论,编写了准线性的Fokker-Planck(FPR)程序,并将此程序与其他国际上通用的程序进行Benchmark。利用FPR,研究了HL-2A托卡马克装置上的电子回旋波电流驱动。给出了波的传播轨迹,功率的沉积,和驱动电流的分布。研究了电子回旋波电流驱动中的准线性效应,结果表明：在考虑的功率范围内,电子回旋波电流驱动的准线性效应并不明显；0.5MW/68GHzO1模和1MW/140GHz X2模,最大的电流驱动效率分别是～0.029×1020 A/W/m2和～0.020x 1020 A/W/m2。最后还研究得到等离子体参数(温度,密度等),电子回旋波发射位置对电子回旋波电流驱动的依赖关系。2、研究了EAST装置上的高谐快波电流驱动。结果表明,高谐快波电流驱动效率并不随波频率的增加而单调增加,这个现象归因于高谐快波的多次吸收。研究还显示,随着发射波平行折射率的增加,电流驱动效率先增加,后降低；高谐快波电流驱动中的准线性效应不可忽略,电流驱动效率随着射频功率增加而显著增加,弧电场的存在也可以提高高谐快波电流驱动的效率。3、利用GENRAY/CQL3D程序,对高谐快波和电子回旋波联合电流驱动进行数值分析和计算。对于电子回旋波和较低频率的快波,发现无显著的协同电流,而对于电子回旋波和高谐快波,正的协同效应在托卡马克装置双波联合电流驱动中首次获得。正的协同效应可以用电子分布函数图形象生动地解释。结果还表明,协同电流和协同系数会随电子回旋波和高谐快波功率的增加而明显地增加,而且在考虑的波功率范围内没有负协同效应出现。4、结合HL-2M装置,对电子回旋波电流驱动以及其对撕裂模和锯齿模的抑制进行了研究。得到了发射角,驱动位置等因素对驱动能力的影响,以及定量地给出了抑制撕裂模所需要的波功率。研究表明：不论是撕裂模的抑制,还是锯齿模的控制,上斜天线都具有更好的抑制性能。此外,在中平面发射中,相比于上下发射镜,中发射镜的电子回旋波能驱动更大的电流和更窄的电流剖面,因而对撕裂模和锯齿模控制也更为有利。总之,本论文深入研究了电子回旋波电流驱动,高谐快波电流驱动,它们的联合电流驱动,以及电子回旋波对磁流体不稳定性的抑制。理论和模拟结果必将有助于彻底弄清射频波非感应电流驱动,尤其是双波联合电流驱动机制,以促进实现托卡马克的高性能稳态运行。
【学位授予单位】：南华大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TL631.24
【图文】：

图２．邋２盈数各（Ｘ）＝逦逡逑Ｘ邋６NB邋—１逡逑

图２．４矩阵结拘示意图逡逑对该矩阵用近似因子分解法进行分解，可１＾写成：？邋＝邋１氏３是才的一个近似值，逡逑

【相似文献】

相关期刊论文 前10条

1 冯晓;龚学余;;电子回旋波在等离子体中的传播[J];西华大学学报(自然科学版);2009年01期

2 童洪辉,赵长林,田忠玉,顾彪;磁镜等离子体中电子回旋波加热实验的理论研究[J];核聚变与等离子体物理;1992年03期

3 彭晓炜;龚学余;刘文艳;刘燕;尹陈艳;;电子回旋波在热等离子体中的功率沉积[J];核聚变与等离子体物理;2007年04期

4 彭晓炜;龚学余;刘文艳;;电子回旋波驱动电流的饱和问题[J];南华大学学报(自然科学版);2010年01期

5 彭晓炜,龚学余,尹陈艳;电子回旋波在托卡马克等离子体中的传播[J];南华大学学报(理工版);2004年01期

6 吕知平;龚学余;彭晓炜;;电子回旋波控制托卡马克中电流分布的研究[J];南华大学学报(自然科学版);2010年02期

7 郑平卫;龚学余;刘文艳;何丽华;;电子回旋波与快波协同效应的数值研究[J];核聚变与等离子体物理;2011年01期

8 刘才根,钱尚介,万华明;电子回旋波驱动的托卡马克芯部等离子体极向旋转[J];物理学报;1998年09期

9 洪斌斌;陈少永;唐昌建;张新军;胡有俊;;托卡马克中电子回旋波与低杂波协同驱动的物理研究[J];物理学报;2012年11期

10 彭晓炜;龚学余;刘文艳;高金生;刘燕;黄千红;李新霞;;发射波功率密度对电子回旋波电流驱动的影响[J];核聚变与等离子体物理;2010年01期

相关会议论文 前3条

1 洪斌斌;陈少永;高敏;唐昌建;;电子回旋波与低杂波联合驱动的匹配条件研究[A];第十五届全国等离子体科学技术会议会议摘要集[C];2011年

2 鲁炜;刘宇;唐昌建;;HL-2A装置上低杂波与电子回旋波协同驱动的实验分析[A];第十五届全国等离子体科学技术会议会议摘要集[C];2011年

3 郑平卫;龚学余;何丽华;杜丹;;电子回旋波注入下的三维Fokker-Planck方程求解[A];中国核科学技术进展报告（第二卷）——中国核学会2011年学术年会论文集第7册（核电子学与核探测技术分卷、脉冲功率技术及其应用分卷、核聚变与等离子体物理分卷）[C];2011年

相关博士学位论文 前2条

1 汤允迎;CFETR 20兆瓦电子回旋加热微波系统设计[D];中国科学技术大学;2016年

2 李景春;托卡马克中电子回旋波和高谐快波电流驱动的研究[D];南华大学;2016年

相关硕士学位论文 前2条

1 吕知平;托卡马克中电子回旋波电流驱动及电流分布控制[D];南华大学;2010年

2 邝跃军;HL-2A装置上电子回旋波加热的实验研究[D];南华大学;2010年

本文编号：2739592