托卡马克耗散捕获电子模数值模拟

发布时间：2020-10-10 10:50

　　 托卡马克(tokamak),是目前世界普遍认为最可能实现可控核聚变的装置之一,它的主要工作原理是通过通电线圈产生环形磁场约束带电粒子,使粒子能够达到核聚变点火条件。由于在1982年ASDEX装置上发现的高约束模式(H-mode)更加接近临界点火条件,使得磁约束聚变领域无论实验还是理论模拟都对H-mode研究十分重视,最近正在进行的国际热核聚变反应堆(ITER)计划,就是以高约束运行模式进行参数设计的。虽然经过了 35年的研究探索,一些H-mode的关键物理,如边缘台基区不稳定性和湍流输运等,却仍未能被完全理解,需要进一步深入研究。计算机数值模拟,是研究磁约束聚变物理的重要手段之一,在经过了 20年左右的发展后,基于第一性原理的回旋动理学模拟已经成为了研究磁约束聚变最重要的模拟方法之一,各种代码(GTC,GTS等)相继被开发并用于研究中。本文主要通过使用GTC代码详细研究了基于EAST近期实验数据的边缘台基区的不稳定性、级联(cascading)和湍流输运。由于在托卡马克台基区温度较低,碰撞频率较大,这导致在边缘区域出现一种碰撞起主要作用的耗散型捕获电子模(DTEM)的静电模,我们通过建立理论模型以及使用GTC代码数值模拟详细研究了这种不稳定性在边缘参数下的各种性质。我们发现在边缘区域中,这种不稳定性的线性增长率随碰撞频率的增大而增加,但是频率随碰撞频率的增长变化不大。而且这种不稳定性的线性阶段呈不规则气球模结构,其结构的峰值并不是传统的局域在极向面的外侧中平面附近,而是出现在极向角0～2π的任何位置出现多峰值。在非线性模拟结果中,我们发现碰撞可以使耗散捕获电子模(DTEM)的cascading方向不同于无碰撞捕获电子模(CTEM)的cascading方向。此外,我们发现DTEM湍流输运主要以对流(convective)输运为主,而且随着碰撞频率的增加,粒子输运和热输运的输运系数都会降低。基于GTC代码在离子温度梯度模(ITG)和捕获电子模(TEM)等线性研究上的成功结果,,以及DTEM线性模拟结果与我们建立的DTEM简化理论模型一致,我们相信DTEM的非线性模拟结果也具有足够的可信度,而且近年来对于H-mode的研究大都集中在电磁模,如动理学气球模(KBM)等方面,对于边缘台基区的静电模耗散捕获电子模的线性和非线性模拟研究也具有重要的价值。希望通过DTEM非线性模拟结果能够对H-mode实验提供相应的帮助。
【学位单位】：浙江大学
【学位级别】：博士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TL631.24
【部分图文】：

图(6-9)0.850.90:951rla非线性阶段DTEM平均扰动电势径向分布
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本文编号：2835078