电磁驱动下产生超强磁场及内爆压缩等离子体升温的研究
发布时间：2020-11-21 01:32
磁化靶聚变(MTF)是介于磁约束聚变(MCF)与惯性约束聚变(ICF)中间的一种新型聚变途径,主要优点在于：体积小,成本低,建造周期短。通过在预加热的等离子体中嵌入磁场来抑制等离子体向套筒的热传导(磁约束),当等离子体膨胀时,使用套筒来约束受到加热的磁化靶等离子体(惯性约束),通过电磁驱动将套筒动能高效转换给预加热的磁化靶等离子体从而达到点火条件而燃烧。磁化靶聚变既有磁约束聚变的优点,利用强磁场约束等离子体,抑制电子、离子的热传导,同时增加聚变产物α粒子的能量沉积,又有惯性约束的优点,利用固体物质壁来约束等离子体。本文主要研究了电磁驱动下超强磁场的产生和电磁驱动下内爆压缩磁化等离子体,分别利用自建零维模型和修改一维三温磁流体程序deira进行数值模拟研究。零维模型计算分析电磁驱动柱形薄套筒内爆压缩内嵌轴向磁场,从而产生超强磁场,通过建立三个无量纲参数(h,A,Π)对电磁压缩装置和磁通压缩过程进行优化评估,其中h为初始内嵌磁场与外驱动等效特征磁场的比值,A为等效无量纲电路电感,Π为套筒参数与驱动参数的比值关系。计算表明,在理想恒定电流驱动情况下,h0.2时,套筒半径压缩比才能达到10倍。通过在适当范围内调节设计参数h和A,获得Π的最优化取值范围,并在1MJ的驱动能量下,模拟产生了1000T的超强磁场并获得了较高的磁能转化效率。deira程序主要研究离子束驱动下的球形ICF靶聚变,在研读程序的基础,我们修改了程序的语言版本、驱动方式、程序后处理数据、套筒结构等。通过柱形套筒内爆、柱形套筒内爆压缩内嵌磁场来验证修改后程序的正确性。探讨初始磁场、初始等离子温度对内爆压缩等离子体升温的影响,研究结果表明：适当的初始磁场和初始等离子体温度可以大大增加等离子体的升温效果。
【学位单位】：中国工程物理研究院
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2015
【中图分类】：TL631
【部分图文】：
．（１）美国ＬＡＮＬ与美国Ａｉｒ?Ｆｏｒｃｅ实验室的磁化範聚变（ＭＴＦ）项目Ｗ，其原理如图??１．１所示。首先是磁化祀的形成，这里采用的磁化祀为反场构形（ＦＲＣ）?Ｐ’Ｗ。ＦＲＣ形??成之后通过磁场将其传输到靴室，然后在祀室里对ＦＲＣ进行内爆压缩，实现聚变点火。??该装置的优点是，采用ＦＲＣ作为磁化祀，可Ｗ使得压缩时间达到微巧量级，同时降低??
美国的Ｔｒｉ?ａｌｐｈａ?ｅｎｅｒｇｙ公司，采用的是ＦＲＣ对撞的方法来实现聚变ｔＷ。其Ｃ－２装??置（其总长度约十几米）结构示意图如图１．３所示。首先，利用日输缩方法产生两个高??温高Ｐ值的ＦＲＣ等离子体团，然后将两个ＦＲＣ传输到中央祀宰进行碰撞融合，实现聚??变点火。Ｔｒｉ?ａｌｐｈａ?ｅｎｅｒｇｙ公司最终的目标是使用ｐ＋ｉｉｂ进行聚变反应，该反应的好处是，??一
图?ｌ．３?Ｔｒｉ?ａｌｐｈａ?ｅｎｅｒｇｙ?公司的?Ｃ＿２?装置［＂］??国的Ｔｒｉ?ａｌｐｈａ?ｅｎｅｒｇｙ公司，采用的是ＦＲＣ对撞的方法来实现聚变ｔＷ。其Ｃ－２装??总长度约十几米）结构示意图如图１．３所示。首先，利用日输缩方法产生两个高??Ｐ值的ＦＲＣ等离子体团，然后将两个ＦＲＣ传输到中央祀宰进行碰撞融合，实现聚??。Ｔｒｉ?ａｌｐｈａ?ｅｎｅｒｇｙ公司最终的目标是使用ｐ＋ｉｉｂ进行聚变反应，该反应的好处是，??产物为３个ａ粒子，由于ａ粒子是带电粒子，其能量很容易进行输出，另一方面，??不产生中子，因此福射防护相对简单，比较容易实现装置的小型化。２０１２年，Ｃ－２??ＦＲＣ的约束时间达到了?４?ｍｓｔＷ，目前其约束时间可达到５?ｍｓ＾。??４）美国?Ｈｅｌｉｏｎ?Ｅｎｅｒｇｙ?公司的?Ｆｕｓｉｏｎ?Ｅｎｇｉｎｅ?装置??样是采用两个等离子体团进行碰撞的方法ｔｗ，他们采用的是Ｄ＋３Ｈｅ作为聚变燃??产物为ａ粒子和质子，同样不会产生中子。巧此，不需要人型的福射防护装置，??很容易实现能量输出。其装置的小型化设计相对容易。他们的目标是希望能够每秒??一次对撞反应，目前，ＨｅｌｉｏｎＥｎｅｒｇｙ公司已经用等离子体团在巧－気（Ｄ－Ｄ）反应堆??明了他们的理念，己经能每３分钟发射一次ｔＷ。??
【相似文献】
本文编号：2892311
【学位单位】：中国工程物理研究院
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2015
【中图分类】：TL631
【部分图文】：
．（１）美国ＬＡＮＬ与美国Ａｉｒ?Ｆｏｒｃｅ实验室的磁化範聚变（ＭＴＦ）项目Ｗ，其原理如图??１．１所示。首先是磁化祀的形成，这里采用的磁化祀为反场构形（ＦＲＣ）?Ｐ’Ｗ。ＦＲＣ形??成之后通过磁场将其传输到靴室，然后在祀室里对ＦＲＣ进行内爆压缩，实现聚变点火。??该装置的优点是，采用ＦＲＣ作为磁化祀，可Ｗ使得压缩时间达到微巧量级，同时降低??
美国的Ｔｒｉ?ａｌｐｈａ?ｅｎｅｒｇｙ公司，采用的是ＦＲＣ对撞的方法来实现聚变ｔＷ。其Ｃ－２装??置（其总长度约十几米）结构示意图如图１．３所示。首先，利用日输缩方法产生两个高??温高Ｐ值的ＦＲＣ等离子体团，然后将两个ＦＲＣ传输到中央祀宰进行碰撞融合，实现聚??变点火。Ｔｒｉ?ａｌｐｈａ?ｅｎｅｒｇｙ公司最终的目标是使用ｐ＋ｉｉｂ进行聚变反应，该反应的好处是，??一
图?ｌ．３?Ｔｒｉ?ａｌｐｈａ?ｅｎｅｒｇｙ?公司的?Ｃ＿２?装置［＂］??国的Ｔｒｉ?ａｌｐｈａ?ｅｎｅｒｇｙ公司，采用的是ＦＲＣ对撞的方法来实现聚变ｔＷ。其Ｃ－２装??总长度约十几米）结构示意图如图１．３所示。首先，利用日输缩方法产生两个高??Ｐ值的ＦＲＣ等离子体团，然后将两个ＦＲＣ传输到中央祀宰进行碰撞融合，实现聚??。Ｔｒｉ?ａｌｐｈａ?ｅｎｅｒｇｙ公司最终的目标是使用ｐ＋ｉｉｂ进行聚变反应，该反应的好处是，??产物为３个ａ粒子，由于ａ粒子是带电粒子，其能量很容易进行输出，另一方面，??不产生中子，因此福射防护相对简单，比较容易实现装置的小型化。２０１２年，Ｃ－２??ＦＲＣ的约束时间达到了?４?ｍｓｔＷ，目前其约束时间可达到５?ｍｓ＾。??４）美国?Ｈｅｌｉｏｎ?Ｅｎｅｒｇｙ?公司的?Ｆｕｓｉｏｎ?Ｅｎｇｉｎｅ?装置??样是采用两个等离子体团进行碰撞的方法ｔｗ，他们采用的是Ｄ＋３Ｈｅ作为聚变燃??产物为ａ粒子和质子，同样不会产生中子。巧此，不需要人型的福射防护装置，??很容易实现能量输出。其装置的小型化设计相对容易。他们的目标是希望能够每秒??一次对撞反应，目前，ＨｅｌｉｏｎＥｎｅｒｇｙ公司已经用等离子体团在巧－気（Ｄ－Ｄ）反应堆??明了他们的理念，己经能每３分钟发射一次ｔＷ。??
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本文编号：2892311
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