霍尔效应对托卡马克撕裂模不稳定性的影响

发布时间：2021-01-15 03:25

　　人们普遍认为撕裂模不稳定性在空间等离子体和实验室等离子体中都有着重要的作用。撕裂模不稳定性会导致磁场的拓扑结构改变,磁能会转化为动能和热能。许多空间等离子中爆发性的现象都与撕裂模有关。在实验室等离子体中,撕裂模不稳定性被认为是导致托卡马克装置等离子体约束下降的主要原因。因此,研究撕裂模不稳定性对实现可控核聚变有着重要的作用。为了更好的研究托卡马克撕裂模不稳定性的相关问题,我们开发了三维环位形托卡马克磁流体模拟程序CLT。之后,我们进一步对CLT进行了升级优化,主要包括空间精度从二阶精度升级为四阶精度并对边界进行优化处理。升级后的CLT其计算精度和数值稳定性有明显提高。目前CLT不仅可用来模拟锯齿振荡（sawtooth）等大尺度非线性物理过程,也可以用来模拟研究霍尔效应、电流驱动、RMP等对托卡马克电阻撕裂模不稳定性的影响。我们系统地研究了霍尔效应对托卡马克撕裂模和电阻内扭曲模的影响。我们的模拟结果证明了电子的抗磁漂移效应自洽的包含在Hall-MHD方程组中。在Hall-MHD模型中,撕裂模不稳定性导致的磁场扰动会沿着电子的抗磁漂移方向旋转,其频率略低于电子的抗磁漂移频率。在研究霍尔效应... 

【文章来源】：浙江大学浙江省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：102 页

【学位级别】：博士

【文章目录】：
摘要
Abstract
1 绪论
    1.1 聚变能源
    1.2 惯性约束聚变与磁约束聚变
    1.3 托卡马克
        1.3.1 欧姆加热
        1.3.2 中性束注入
        1.3.3 射频波加热
        1.3.4 低混杂波加热
    1.4 点火条件
    1.5 ITER计划
    1.6 等离子体
    1.7 等离子体数值模拟
        1.7.1 磁流体模拟
        1.7.2 粒子模拟
        1.7.3 混合模拟
    1.8 磁流体不稳定性
    1.9 论文安排
2 电阻磁流体基本理论
    2.1 磁场重联
    2.2 撕裂模
    2.3 线性撕裂模理论（FKR theory）
    2.4 托卡马克线性撕裂模理论
    2.5 电阻内扭曲模（resistive kink mode）
    2.6 锯齿振荡（Sawtooth）
    2.7 双撕裂模（double tearing mode）
    2.8 抗磁漂移效应对撕裂模的影响
    2.9 共振磁扰动（Resonant Magnetic Perturbations,RMP）
        2.9.1 驱动重联
        2.9.2 旋转磁岛的饱和
    2.10 本章小结
3 CLT最新版本简介
    3.1 代码简介
    3.2 模型方程
    3.3 数值方法
        3.3.1 坐标系统及网格划分:
        3.3.2 空间离散方法:
        3.3.3 时间推动方法
        3.3.4 平衡位形的生成
        3.3.5 边界处理
    3.4 程序流程
    3.5 程序并行方案
    3.6 程序的升级优化
        3.6.1 空间四阶精度算法升级
        3.6.2 Hall-MHD模型的引入
        3.6.3 边界处理优化
        3.6.4 Resonant Magnetic Perturbations （RMP）模拟
    3.7 本章小结
4 霍尔效应对托卡马克中撕裂模不稳定性的影响
    4.1 引言
    4.2 CLT中使用的Hall-MHD方程组
    4.3 模拟结果
        4.3.1 m/n=2/1 tearing mode的模结构转动频率
        4.3.2 霍尔效应对撕裂模增长率的影响
        4.3.3 双撕裂模不稳定性
    4.4 本章小结
5 霍尔效应对托卡马克中锯齿振荡的影响
    5.1 引言
    5.2 锯齿振荡模拟结果
        5.2.1 电阻磁流体模拟结果
        5.2.2 霍尔磁流体模拟
    5.3 本章小结
6 共振磁扰动（Resonant Magnetic Perturbations,RMPs）
    6.1 引言
    6.2 RMP实现方法
    6.3 数值模拟结果
    6.4 本章小结
7 总结和展望
    7.1 总结
    7.2 展望
参考文献
致谢



本文编号：2978129