托卡马克边界杂质输运相关研究
发布时间：2020-12-16 20:52
托卡马克边界杂质输运的研究对于控制杂质的产生以及其在等离子体芯部的聚集、缓解等离子体与材料相互作用以延长面向等离子体材料的寿命等领域中具有重要意义。边界杂质输运的研究途径主要有实验及模拟两种。前者具有诊断空间及信息量有限、分辨率不够高、存在系统误差、诊断成本较高等缺点,因此难以系统描述边界整体过程及其特性。模拟研究可克服上述缺点,是实验研究的有力补充,可将分散的实验信息相互联系,实现各诊断信息的解释及诊断信息之间的比较分析,以研究边界杂质输运的整体特性。同时,模拟等离子体边界杂质输运特性,是评估偏滤器性能,指导偏滤器设计和优化的重要手段之一。本文首先简单介绍了聚变以及杂质输运在聚变研究中的意义,其后概述了边界杂质输运基本物理,包括偏滤器及刮削层介绍,边界等离子体两点模型、杂质的产生和输运机制,杂质输运的实验与模拟研究现状。其后介绍了本文主要模拟程序:OEDGE（Osm-Eirene-Divimp）边界集合程序,耦合了三个子程序:洋葱皮等离子体输运模型（OSM）,蒙特卡洛中性粒子程序EIRENE和蒙特卡洛杂质粒子输运程序DIVIMP,其具有模型简单、贴近实验,计算时间短、使用灵活等优点。...
【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】：106 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图１．１氖氣（Ｄ－Ｔ）反应示意图??１??
图１．２典型托卡马克装置的结构简图，辅助加热部分未画出。??托卡马克装置一般包括环形真空室、中心螺线管欧姆线圈、环向场和极向场??线圈、辅助加热系统等部分，其典型结构如图１．２?Ｗ。根据线圈的类型又可以分??为常规托卡马克和全超导托卡马克。全超导托卡马克有内真空和外真空，中间是??低温超导线圈系统。由于它的超导系统，其在整个实验周期之间需要一直维持真??３??
??轫致辐射。重杂质主要是线辐射和复合辐射。如图１．３所示为部分常见元素的的??辐射功率。可以看出，重杂质如Ｗ的辐射功率远远大于轻杂质Ｃ。??１０?？、?－－?＇．ｗ??１〇－３１?｜＿．一一、＼、??１〇－３２?德＇Ａｒ＼．厂…．??ｉ?：：：隊＿：???????｜??１０＂３６?一?Ｈ??１０?１００?１０００?１００００??Ｔｅ?（ｅＶ）??图１．３常见元素的辐射功率系数示意图。??密度稀释，即降低聚变离子的密度。因为根据等离子体的电中性条件，电子??的电荷数与离子相当，有式子：??ｎｐ?＝?ｎｅ?－?Ｙ．ｚ?Ｚ?（１．４）??其中ｎｐ是聚变离子密度，ｎｅ是电子密度，ｎｚ是杂质离子密度，Ｚ是电荷数。??从式１．４中可以看出杂质尤其是重杂质离子如Ｗ等将极大的稀释聚变等离子体??密度和功率密度ｍ，而商业反应堆有功率密度要求，这要求等离子体中杂质含量??较少，目前理论计算出的杂质有效Ｚ应不超过１．５＾。??从讨论可知，杂质尤其是重杂质的能量稀释和密度稀释对芯部等离子体带来??了诸多不利影响。我们要尽量避免重杂质进入芯部等离子体中
【参考文献】：
期刊论文
[1]极紫外波段Ar光谱分析在EAST偏滤器杂质屏蔽效应研究中的应用[J]. 张鹏飞,张凌,许棕,段艳敏,吴承瑞,黄娟,吴振伟,郭后扬,胡立群. 光谱学与光谱分析. 2016(07)
[2]EAST辐射偏滤器充气系统改造及初步实验结果[J]. 王文章,向玲燕,吴金华,杨钟时,丁芳,王亮,段艳敏,胡振华,毛红敏,罗广南. 核聚变与等离子体物理. 2016(01)
[3]DIVIMP Modeling of Impurity Transport in EAST[J]. 王福琼,陈一平,胡立群. Plasma Science and Technology. 2014(07)
[4]Space-Resolved VUV and EUV Spectrometers in HL-2A[J]. 崔正英,周航宇,S.MORITA,傅炳忠,孙平,高亚东,徐媛,董春凤,杨青巍. Plasma Science and Technology. 2013(02)
[5]极紫外平场光栅光谱仪的研制和性能测试[J]. 杜学维,沈永才,李朝阳,安宁,石跃江,王秋平. 光谱学与光谱分析. 2012(08)
博士论文
[1]EAST托卡马克高约束模式下金属杂质行为研究[D]. 许棕.中国科学技术大学 2017
[2]EAST托卡马克稳态氘弹丸注入触发蛇形振荡及L-H转换的物理实验研究[D]. 姚星佳.中国科学技术大学 2017
[3]托卡马克等离子体边界转动的实验研究[D]. 罗剑.华中科技大学 2016
[4]EAST偏滤器物理及杂质注入行为研究[D]. 王东升.中国科学技术大学 2012
本文编号：2920762
【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】：106 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图１．１氖氣（Ｄ－Ｔ）反应示意图??１??
图１．２典型托卡马克装置的结构简图，辅助加热部分未画出。??托卡马克装置一般包括环形真空室、中心螺线管欧姆线圈、环向场和极向场??线圈、辅助加热系统等部分，其典型结构如图１．２?Ｗ。根据线圈的类型又可以分??为常规托卡马克和全超导托卡马克。全超导托卡马克有内真空和外真空，中间是??低温超导线圈系统。由于它的超导系统，其在整个实验周期之间需要一直维持真??３??
??轫致辐射。重杂质主要是线辐射和复合辐射。如图１．３所示为部分常见元素的的??辐射功率。可以看出，重杂质如Ｗ的辐射功率远远大于轻杂质Ｃ。??１０?？、?－－?＇．ｗ??１〇－３１?｜＿．一一、＼、??１〇－３２?德＇Ａｒ＼．厂…．??ｉ?：：：隊＿：???????｜??１０＂３６?一?Ｈ??１０?１００?１０００?１００００??Ｔｅ?（ｅＶ）??图１．３常见元素的辐射功率系数示意图。??密度稀释，即降低聚变离子的密度。因为根据等离子体的电中性条件，电子??的电荷数与离子相当，有式子：??ｎｐ?＝?ｎｅ?－?Ｙ．ｚ?Ｚ?（１．４）??其中ｎｐ是聚变离子密度，ｎｅ是电子密度，ｎｚ是杂质离子密度，Ｚ是电荷数。??从式１．４中可以看出杂质尤其是重杂质离子如Ｗ等将极大的稀释聚变等离子体??密度和功率密度ｍ，而商业反应堆有功率密度要求，这要求等离子体中杂质含量??较少，目前理论计算出的杂质有效Ｚ应不超过１．５＾。??从讨论可知，杂质尤其是重杂质的能量稀释和密度稀释对芯部等离子体带来??了诸多不利影响。我们要尽量避免重杂质进入芯部等离子体中
【参考文献】：
期刊论文
[1]极紫外波段Ar光谱分析在EAST偏滤器杂质屏蔽效应研究中的应用[J]. 张鹏飞,张凌,许棕,段艳敏,吴承瑞,黄娟,吴振伟,郭后扬,胡立群. 光谱学与光谱分析. 2016(07)
[2]EAST辐射偏滤器充气系统改造及初步实验结果[J]. 王文章,向玲燕,吴金华,杨钟时,丁芳,王亮,段艳敏,胡振华,毛红敏,罗广南. 核聚变与等离子体物理. 2016(01)
[3]DIVIMP Modeling of Impurity Transport in EAST[J]. 王福琼,陈一平,胡立群. Plasma Science and Technology. 2014(07)
[4]Space-Resolved VUV and EUV Spectrometers in HL-2A[J]. 崔正英,周航宇,S.MORITA,傅炳忠,孙平,高亚东,徐媛,董春凤,杨青巍. Plasma Science and Technology. 2013(02)
[5]极紫外平场光栅光谱仪的研制和性能测试[J]. 杜学维,沈永才,李朝阳,安宁,石跃江,王秋平. 光谱学与光谱分析. 2012(08)
博士论文
[1]EAST托卡马克高约束模式下金属杂质行为研究[D]. 许棕.中国科学技术大学 2017
[2]EAST托卡马克稳态氘弹丸注入触发蛇形振荡及L-H转换的物理实验研究[D]. 姚星佳.中国科学技术大学 2017
[3]托卡马克等离子体边界转动的实验研究[D]. 罗剑.华中科技大学 2016
[4]EAST偏滤器物理及杂质注入行为研究[D]. 王东升.中国科学技术大学 2012
本文编号：2920762
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