降低欧姆点火所需磁场的研究
发布时间：2020-12-16 02:31
热核聚变需要等离子体有足够高的温度和密度,聚变反应才能发生并通过自持燃烧产生核能。在托卡马克中,欧姆加热是最基本也是最简单的加热方式,由于在等离子体温度增高时,欧姆加热功率下降,因此也发展出如中性束加热和射频波加热等其它辅助加热方式。但这些加热方式不仅带来了工程和物理上的复杂性,而且价格昂贵。因此,能否通过仅靠欧姆加热达到点火条件一直是磁约束等离子体一个重要的研究方向。由于欧姆加热随等离子体温度上升效率急剧下降,对于圆形截面的托卡马克,实现欧姆点火需要约20特斯拉的磁场,这在工程上是不现实的。但Chu等人的研究表明,如果将托卡马克的截面纵向延伸,可以降低托卡马克点火所需的环向磁场强度到6特斯拉左右(Chu MS,etal.1985,Nuclear Fusion,25),这大大缓解了的托卡马克欧姆点火需要强磁场这一问题。然而此研究并未考虑近期磁约束实验所观测到的自然产生的输运壁垒对点火条件的影响。在本工作中,我们研究了不同的等离子体密度和温度剖面对欧姆点火临界磁场的影响。发现对于外部输运壁垒的存在导致的等离子体密度和温度分布,欧姆点火所需磁场增大。这是因为等离子体的聚变功率主要集中在等离...
【文章来源】：中国科学技术大学安徽省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：42 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
左图表示欧姆加热功率的等功率线右图表示聚变功率?
并且在温度足够低时总能使功率大于零。当温度上升时，欧姆功率逐渐下降，同时总功率也??逐渐下降。在某个温度区间，平均功率变为小于零。然而在足够高的温度时，聚变功率会占??据主导位置，同时总功率再度变为正直。上述的情形可清楚的在图２．２中看出。这是代表一??个不能达到欧姆点火的密度的加热轨迹。图２．２是平均温度和密度平面上的等功率线。在图??２．２中，同时也可以清楚的看到存在一个密度窗口力?＜开＜心，在密度窗内，当温度从低到??高时，平均功率一直保持着大于零的值。这种加热轨迹，则是达到了欧姆点火的基本条件。??＞３５＼?、??Ｉ?４００°００??〇）?２０〇〇〇〇??１?３－???３??ａ＞?—〇?广一＾?〇?——??Ｅ?义??＾?—?２０００００、＿＿??＇?＜〇〇〇〇〇?２〇〇〇〇〇、??４０００００?、、、、??２?－?１０００＾°°?，?６０００００，—，?丨??７?７．５?８?｛?８．５?９?｛?９．５?１０?１０．５?１１??ｎｉ?ｎ２??ｄｅｎｓｉｔｙ?１０２０?ｍ＇３??图２．２平均净功率作为平均密度和温度的函数。对于欧姆点火的??等离子体（＾５２）表示为点火的密度窗口??１７??
假设选定小半径ａ＝０．２５ｍ，图２．３（ａ）展示了临界点作为ｋ的函数，同时Ａ作为一个可变参??数。所需的环向磁场对环径比的依赖性很小，从（２－１３）式可以看出这是因为离子输运项？。??对于ｋ?＝?１，?Ｂ有最大值约为２０Ｔ，这已被Ｗａｇｎｅｒ证实［１３］。当ｋ增大时，磁场ＢＴ与ｋ成反比??关系减小，并且可以达到技术上所获得的磁场强度。例如当《?＝?５时，所需的环向磁场减小??为６Ｔ。这是非圆截面对未来托卡马克设计最有意义的地方。??图２．３?（ｂ）显示了临界点火时电流随截面ｋ的增长情况，几乎正比于ｋ，并且随Ａ的增??大而减小。所需的密度和分别在图２．３?（ｃ）和图２．３?（ｄ）中。它们也都随Ａ的增大而减小。??Ｔｒｏｙｏｎ极限比临界点火所需的存值大。因此如果／？极限值可以在实验上达到，那么辅助加热??会允许点火在更小的装置上实现。因此这里强调实际的ＭＨＤ?极限对于非圆截面的托卡马??克是＿个十分活跃的话题。在本文中Ｔｒｏｙｏｎ极限可以作为一个粗略的标准。从图２．３?（ｄ）??中可以看到Ｔｒｏｙｏｎ极限对于非圆截面的托卡马克是一个非常宽泛的发展空间的上限。??在图２．３?（ｃ）中显示出的密度已经超出了?Ｍｕｒａｋａｍｉ极限［２１］，但是目前ＡｌｃａｔｏｒＣ利用??弹丸注射的测量［２２］表明电子密度可以达到１０２１ｎｒ３。非圆截面的托卡马克也适用与这个结??果。??上述零维结果已经与输运程序〇ＮＥＴＷＯ［２０］做过比较。利用图２．３中的结果，当Ｋ?＝?５，??依赖于时间的输运程序在固定二次分布和ｑ?＝?ｌ的条件下验证了上述结果。??２．４本章小结??
本文编号：2919356
【文章来源】：中国科学技术大学安徽省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：42 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
左图表示欧姆加热功率的等功率线右图表示聚变功率?
并且在温度足够低时总能使功率大于零。当温度上升时，欧姆功率逐渐下降，同时总功率也??逐渐下降。在某个温度区间，平均功率变为小于零。然而在足够高的温度时，聚变功率会占??据主导位置，同时总功率再度变为正直。上述的情形可清楚的在图２．２中看出。这是代表一??个不能达到欧姆点火的密度的加热轨迹。图２．２是平均温度和密度平面上的等功率线。在图??２．２中，同时也可以清楚的看到存在一个密度窗口力?＜开＜心，在密度窗内，当温度从低到??高时，平均功率一直保持着大于零的值。这种加热轨迹，则是达到了欧姆点火的基本条件。??＞３５＼?、??Ｉ?４００°００??〇）?２０〇〇〇〇??１?３－???３??ａ＞?—〇?广一＾?〇?——??Ｅ?义??＾?—?２０００００、＿＿??＇?＜〇〇〇〇〇?２〇〇〇〇〇、??４０００００?、、、、??２?－?１０００＾°°?，?６０００００，—，?丨??７?７．５?８?｛?８．５?９?｛?９．５?１０?１０．５?１１??ｎｉ?ｎ２??ｄｅｎｓｉｔｙ?１０２０?ｍ＇３??图２．２平均净功率作为平均密度和温度的函数。对于欧姆点火的??等离子体（＾５２）表示为点火的密度窗口??１７??
假设选定小半径ａ＝０．２５ｍ，图２．３（ａ）展示了临界点作为ｋ的函数，同时Ａ作为一个可变参??数。所需的环向磁场对环径比的依赖性很小，从（２－１３）式可以看出这是因为离子输运项？。??对于ｋ?＝?１，?Ｂ有最大值约为２０Ｔ，这已被Ｗａｇｎｅｒ证实［１３］。当ｋ增大时，磁场ＢＴ与ｋ成反比??关系减小，并且可以达到技术上所获得的磁场强度。例如当《?＝?５时，所需的环向磁场减小??为６Ｔ。这是非圆截面对未来托卡马克设计最有意义的地方。??图２．３?（ｂ）显示了临界点火时电流随截面ｋ的增长情况，几乎正比于ｋ，并且随Ａ的增??大而减小。所需的密度和分别在图２．３?（ｃ）和图２．３?（ｄ）中。它们也都随Ａ的增大而减小。??Ｔｒｏｙｏｎ极限比临界点火所需的存值大。因此如果／？极限值可以在实验上达到，那么辅助加热??会允许点火在更小的装置上实现。因此这里强调实际的ＭＨＤ?极限对于非圆截面的托卡马??克是＿个十分活跃的话题。在本文中Ｔｒｏｙｏｎ极限可以作为一个粗略的标准。从图２．３?（ｄ）??中可以看到Ｔｒｏｙｏｎ极限对于非圆截面的托卡马克是一个非常宽泛的发展空间的上限。??在图２．３?（ｃ）中显示出的密度已经超出了?Ｍｕｒａｋａｍｉ极限［２１］，但是目前ＡｌｃａｔｏｒＣ利用??弹丸注射的测量［２２］表明电子密度可以达到１０２１ｎｒ３。非圆截面的托卡马克也适用与这个结??果。??上述零维结果已经与输运程序〇ＮＥＴＷＯ［２０］做过比较。利用图２．３中的结果，当Ｋ?＝?５，??依赖于时间的输运程序在固定二次分布和ｑ?＝?ｌ的条件下验证了上述结果。??２．４本章小结??
本文编号：2919356
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