KTX反场箍缩装置的极向场系统仿真和准单螺旋态数值模拟

发布时间：2020-11-04 05:49

　　 科大一环KTX(Keda Torus eXperiment)是由中国科学技术大学自主设计和建造的我国第一个用于开展反场箍缩(RFP)磁约束位形探索的大型实验平台。本文主要利用电路模型和RFP平衡与能量守恒原理分别对科大一环KTX进行放电模拟研究。同时利用三维电阻-粘滞MHD程序NIMROD模拟研究KTX在柱位形下的MHD不稳定性和准单螺旋态(QSH)。首先,KTX环形等离子体的径向平衡主要由成形场线圈提供的垂直场来维持。同时,由于极向场线圈,被动导体和等离子体之间的耦合效应,铜壳上感应的涡流也影响等离子体的平衡。在不考虑被动导体和平衡场线圈上辅助电源投入的情况下,建立了一个等效电路模型区分析平衡场线圈的动态性能。在此基础上,将稳定铜壳考虑进去,并结合双C结构,即利用等离子体,极向场线圈与稳定铜壳三者之间的耦合效应,进一步分析了在KTX运行过程中,被动导体上感应的涡流的时间空间分布及其产生的垂直场空间分布情况。结果表明,在KTX运行的第一阶段,主动控制线圈和被动导体上涡流能够提供足够的垂直场维持等离子体径向平衡,之后由于壳上有限电阻造成涡流的衰减,要想维持等离子体平衡,需要在平衡场线圈上辅助电源来控制等离子体径向平衡。其次,基于RFP的平衡磁场位形和能量守恒原理建立KTX的放电运行模拟程序,再此基础上估算在KTX装置上实现PPCD驱动所需的电源参数。模拟结果表明:由于KTX纵场线圈与稳定壳之间真空区域的磁通消耗,以及被动导体壳对纵向磁场的屏蔽效应,故在KTX纵场线圈上加载的PPCD脉冲电流信号的功率要比在MST装置来的更大,相应的对PPCD电源性能的要求也更加苛刻。RFP装置如果在PPCD放电情况下,为了减小PPCD辅助电源的投入成本,在设计装置时真空室要尽可能的薄,且纵场线圈要尽可能的靠近真空室。最后,聚焦于当前RFP研究的热点——准单螺旋态(QSH),QSH态的出现减小了磁场涨落,提高了 RFP的约束性能,尤其是在SHAx态下形成的较宽的芯部热岛和电子温度梯度垒。本章主要利用三维电阻-粘滞完整磁流体力学代码NIMROD,探索在KTX柱几何位形下出现QSH的可能性。分析了在有限比压和有限电阻率下线性撕裂模的空间结构和扰动的基本特征。在Lundquist数S=5 × 104,经过初始的MH态后,等离子体逐渐过渡到QSH态。线性与非线性模拟结果对比表明,准单螺旋态的主模可能是由m=1的线性内部共振撕裂模的不稳定性发展而来;同时,发现了等离子比压β可能影响QSH态出现和维持时间。在低β时,QSH态间歇性的出现,且无法维持;在高β时,QSH的维持时间相对较长。
【学位单位】：中国科学技术大学
【学位级别】：博士
【学位年份】：2017
【中图分类】：TL61
【部分图文】：

其中裂变主要利用不稳定超重金属原子核在分裂过程中释放出的能量；聚变是??在一定条件下利用氘和氘聚等轻核合成稍大质量的原子核并释放出的能量，当??前主要处于实验研究阶段。图１．１给出了?Ｄ—Ｔ聚变反应原理示意图。除了?Ｄ－Ｔ??１??

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【参考文献】

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1 罗兵;罗正平;肖炳甲;尤玮;谭名昇;郭勇;白伟;毛文哲;李弘;刘阿娣;兰涛;谢锦林;刘万东;;Capability Assessment of the Equilibrium Field System in KTX[J];Plasma Science and Technology;2016年01期

2 万元熙;李建刚;翁佩德;;First Engineering Commissioning of EAST Tokamak[J];Plasma Science and Technology;2006年03期

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本文编号：2869712