J-TEXT等离子体破裂预测及逃逸电子束控制的研究

发布时间：2020-07-04 13:20

【摘要】：托卡马克被认为是最有希望实现可控聚变的反应器,然而破裂是制约未来大型托卡马克装置正常运行的重大不稳定因素并且难以避免。当等离子体发生破裂时,大量的储能会瞬间释放出来,这一事件主要由两个过程组成:热猝灭和电流猝灭。其对装置造成的危害主要体现在:对真空室和等离子体第一壁的局部产生强烈的热负荷和电磁应力,并导致高能逃逸电子产生这三个方面。对于小装置而言,破裂还是可以忍受的,但是对于反应器级别的装置来说,发生一次大破裂就会对装置产生严重的危害,严重影响托卡马克的正常运行。因此非常有必要采取避免或者缓解破裂的措施,而一套切实可行的破裂预测方法是这些措施得以有效实施的关键。本文基于J-TEXT上主要破裂类型之一的密度极限破裂,分析其发生的主要原因及可能的物理过程。从文献调研的情况来看,大多认为等离子体的温度剖面和辐射剖面的演化与密度极限破裂的发生有着密切的关系。在前人研究的基础上,文中分别建立了两套基于BP(Back-Propagation)神经网络的破裂预测系统:一套只采用与等离子体密度极限破裂比较相关的部分诊断的芯部信息作为神经网络的输入,另一套在包含上述芯部诊断信息之外还添加了多道能反应等离子体密度、温度以及辐射剖面演化的诊断信号。通过对比这两套系统的预测效果发现:通过添加更多等离子体不同位置的信息来反应等离子体参数在整体空间中的演化能有效提升神经网络的预测效果。这为以后基于数据驱动的破裂预测的研究提出了更高的理论要求。破裂预测的目的是为了能够及时的采取破裂避免与缓解措施。但是破裂预测并不能做到100%的成功率,缓解措施也不能保证每次都能有效实施,其中的任意一个环节出现故障都会对真空室和等离子体第一壁造成直接的破坏,其中逃逸电子的破坏性尤为显著。为了使逃逸电子能较上时间的处于相对安全的位置以便对其能量进行耗散,在J-TEXT装置上开展了对逃逸电子束的位移进行主动控制的实验研究。实验结果表明,在逃逸电流平台期间通过调节等离子体水平位移控制系统对逃逸电子束产生一个与其漂移方向相反的力,逃逸电流平台持续时间比不施加主动控制增加了近30ms;当在以相同的方式调节水平位移控制系统的同时投入极向磁能转移系统时,不仅逃逸电流平台维持时间比只投入水平位移控制系统增加近30ms,并且磁能转移系统还具有在逃逸电流猝灭阶段将装置内的磁能转移到装置外面、在逃逸电流平台期间降低环电压以及减小逃逸束与壁相互作用增强时的逃逸电流的作用,这些作用能有效地降低逃逸电子撞壁时的动能,从而有效减小逃逸电子对装置的危害。在未来的实际应用中应充分将磁能转移系统的这一特性应用进去。
【学位授予单位】：华中科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TL631.24
【图文】：

图 1-1 世界一次能源结构（左）；中国的一次能源结构（右）在众多清洁的新能源中，太阳能、裂变能和聚变能被认为是比较有可能替代化石燃料的替代能源。太阳能具有无污染并且取之不尽用之不竭的优点，但是目前光电池

托卡马克结构示意图

【参考文献】

相关期刊论文 前2条

1 林尊琪;;激光核聚变的发展(邀请论文)[J];中国激光;2010年09期

2 邱银;黄渊;郑永真;杨青巍;崔正英;季小全;;HL-2A装置等离子体破裂实时预测系统[J];核聚变与等离子体物理;2009年01期

相关博士学位论文 前3条

1 邱胜顺;J-TEXT托卡马克极向场控制策略及等离子体放电运行控制的研究和实现[D];华中科技大学;2011年

2 丁永华;J-TEXT托卡马克主机安装及磁测量系统的建立[D];华中科技大学;2009年

3 张明;J-TEXT托卡马克装置脉冲电源系统的实现及运行分析[D];华中科技大学;2008年

相关硕士学位论文 前2条

1 王绅阳;J-TEXT等离子体破裂预测及破裂缓解系统研究[D];华中科技大学;2016年

2 金雪松;基于人工神经网络的J-TEXT锁模破裂预言编码[D];华中科技大学;2012年

本文编号：2741168