J-TEXT托卡马克高密度放电下的等离子体行为研究
发布时间：2021-06-22 19:10
等离子体密度是磁约束核聚变的重要参数之一。氘氚聚变反应产生的功率与等离子体密度的平方成正比。从聚变反应输出功率的角度考虑,等离子体密度越高越好。然而目前磁约束聚变装置的实验表明,等离子体密度存在着明显的运行上限（密度极限）。一旦密度超过该极限,一系列不稳定性将会出现并最终导致等离子体的大破裂。为了保证磁约束聚变装置在高密度下安全稳定地运行,有必要去研究高密度下的等离子行为和密度极限破裂发生的物理机制。在高密度等离子体的实验研究中,与微观不稳定性相关的湍流扰动是一个重要参量,它能够反映等离子体的输运行为以及约束性能。为了研究密度极限破裂过程中等离子体输运和约束的变化,本文在J-TEXT现有的三波偏振干涉仪系统上拓展了前向相干散射测量的功能,通过分析前向相干散射信号可以获得等离子体内部的电子密度涨落信息。以J-TEXT托卡马克装置作为实验平台,本文对高密度等离子体行为和密度极限破裂展开了实验研究。首先,本文探索了 J-TEXT的密度运行区间以及最大运行密度与放电参数的依赖关系。实验发现,改善壁处理和降电流调制能够极大地提高密度运行区间。经过以上优化手段,J-TEXT的最大运行密度从0.42...
【文章来源】：华中科技大学湖北省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：175 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图１－１?（ａ）托卡马克装置原理图，及其（ｂ）几何特征方向
安全因子极限是由托卡马克中扭曲模不稳定性导致的一种运行参数限制。扭曲??模的稳定条件可归纳为：恥／９（）＞?２且９ａ?＞ｍ，其中ｍ为极向模数。扭曲模的的稳定??区域如图１－２所示，其中Ｖ为等离子体电流分布（ｙ（ｒ）＝ｙ〇（ｌ－ｒ２／ａ２）ｖ）中的参数。??对于一般中小型托卡马克装置的正常放电，Ｖ—般在２左右，邮一般在１左右，所Ｗ??只安全因子极限的条件近似为ｇ。＞?２。在固定的纵场下，安全因子极限要求等离子体??电流的值小于某一阔值，因此安全因子极限也称为电流极限。??从等离子体平衡出发，可Ｗ得到等离子体总的比压值的极限为＾＜ａ／／？〇ｇ＾，这??是一个比较粗糖的估计值。１９８４年Ｔｒｏｙｏｎ等人进一步用数值模拟，基于托卡马克中??发展最快的ｎ?＝?１的扭曲模，计算得到等离子体的最大环向ｆ值为／？ｗｎａｘ?＝??对其做归一化有＆Ｖｉｍａｘ?＝?／Ｖｍａｘｌ］／（／ｐ／ａＳｗ）?？义５，这一极限称为理想則及限。??托卡马克中的等离子体密度极限有低密度极限和高密度极限两种。低密度极限??是与逃逸区间相关的
图２－１巧卡马克密度运行区域简图。??Ｈｕｇｉｌｌ定标律表明密度极限与的／ｇＲ成正比，但是并没有给出具体的比例值。此??后托卡马克上的实验数据表明，前的系数在不同的装置上有很大差别。图２－２??为多个托卡马克装置按照Ｈｕｇｉｌｌ定标律绘制的运行边界图，可Ｗ看到它们并没有统??－的运行边界。为了统一这一矛盾，１９８８年，Ｇｒｅｅｍｖａｌｄ提出了新的定标律口］：??Ａｇ?＝?ｋ］＝烹?（２－３）??其中代表等离子体小截面的拉长比，／为等离子体平均电流密度。对圆截面等离子??体，它与Ｈｕｇｉｌｌ极限相等，对非圆截面等离子体，它比Ｈｕｇｉｌｌ极限更高。这种极限称为??Ｇｒｅｅｎｗａｌｄ密度极限，一般记为打６。将图２－２中的实验数据用Ｇｒｅｅｎｗａｌｄ定标律重新绘??制密度运行区间图，结果如图２－３所示。可Ｗ看到ＡｌｃａｔｏｒＣ、Ｄｍ和ＰＢＸ装置有着相同??的密度运行极限。这也表明Ｇｒｅｅｎｗａｌｄ密度极限定标律有着很好的普适性。本文的后??续部分也将全部使用Ｇｒｅｅｎｗａｌｄ密度极限定标律。将等离子体密度与Ｇｒｅｅｍｖａ
【参考文献】：
期刊论文
[1]Achieving temporary divertor plasma detachment with MARFE events by pellet injection in the EAST superconducting tokamak[J]. 邓国忠,王亮,刘晓菊,段艳敏,胡建生,李长征,张凌,刘少承,汪惠乾,陈良,许吉禅,冯威,刘建斌,刘欢,徐国盛,郭后扬,高翔. Plasma Science and Technology. 2017(01)
[2]The Construction of Plasma Density Feedback Control System on J-TEXT Tokamak[J]. 柯新,陈志鹏,巴为刚,舒双宝,高丽,张明,庄革. Plasma Science and Technology. 2016(02)
[3]Experimental Studies of Electrostatic Fluctuations and Turbulent Transport in the Boundary of J-TEXT Tokamak Using Reciprocating Probe[J]. 陈志鹏,孙岳,王之江,杨州军,丁永华,庄革,J-TEXT team. Plasma Science and Technology. 2012(12)
[4]Reconstruction of the TEXT-U Tokamak in China[J]. 庄革,丁永华,张明,于克训,张晓卿,王之江,胡希伟,潘垣. Plasma Science and Technology. 2009(04)
本文编号：3243385
【文章来源】：华中科技大学湖北省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：175 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图１－１?（ａ）托卡马克装置原理图，及其（ｂ）几何特征方向
安全因子极限是由托卡马克中扭曲模不稳定性导致的一种运行参数限制。扭曲??模的稳定条件可归纳为：恥／９（）＞?２且９ａ?＞ｍ，其中ｍ为极向模数。扭曲模的的稳定??区域如图１－２所示，其中Ｖ为等离子体电流分布（ｙ（ｒ）＝ｙ〇（ｌ－ｒ２／ａ２）ｖ）中的参数。??对于一般中小型托卡马克装置的正常放电，Ｖ—般在２左右，邮一般在１左右，所Ｗ??只安全因子极限的条件近似为ｇ。＞?２。在固定的纵场下，安全因子极限要求等离子体??电流的值小于某一阔值，因此安全因子极限也称为电流极限。??从等离子体平衡出发，可Ｗ得到等离子体总的比压值的极限为＾＜ａ／／？〇ｇ＾，这??是一个比较粗糖的估计值。１９８４年Ｔｒｏｙｏｎ等人进一步用数值模拟，基于托卡马克中??发展最快的ｎ?＝?１的扭曲模，计算得到等离子体的最大环向ｆ值为／？ｗｎａｘ?＝??对其做归一化有＆Ｖｉｍａｘ?＝?／Ｖｍａｘｌ］／（／ｐ／ａＳｗ）?？义５，这一极限称为理想則及限。??托卡马克中的等离子体密度极限有低密度极限和高密度极限两种。低密度极限??是与逃逸区间相关的
图２－１巧卡马克密度运行区域简图。??Ｈｕｇｉｌｌ定标律表明密度极限与的／ｇＲ成正比，但是并没有给出具体的比例值。此??后托卡马克上的实验数据表明，前的系数在不同的装置上有很大差别。图２－２??为多个托卡马克装置按照Ｈｕｇｉｌｌ定标律绘制的运行边界图，可Ｗ看到它们并没有统??－的运行边界。为了统一这一矛盾，１９８８年，Ｇｒｅｅｍｖａｌｄ提出了新的定标律口］：??Ａｇ?＝?ｋ］＝烹?（２－３）??其中代表等离子体小截面的拉长比，／为等离子体平均电流密度。对圆截面等离子??体，它与Ｈｕｇｉｌｌ极限相等，对非圆截面等离子体，它比Ｈｕｇｉｌｌ极限更高。这种极限称为??Ｇｒｅｅｎｗａｌｄ密度极限，一般记为打６。将图２－２中的实验数据用Ｇｒｅｅｎｗａｌｄ定标律重新绘??制密度运行区间图，结果如图２－３所示。可Ｗ看到ＡｌｃａｔｏｒＣ、Ｄｍ和ＰＢＸ装置有着相同??的密度运行极限。这也表明Ｇｒｅｅｎｗａｌｄ密度极限定标律有着很好的普适性。本文的后??续部分也将全部使用Ｇｒｅｅｎｗａｌｄ密度极限定标律。将等离子体密度与Ｇｒｅｅｍｖａ
【参考文献】：
期刊论文
[1]Achieving temporary divertor plasma detachment with MARFE events by pellet injection in the EAST superconducting tokamak[J]. 邓国忠,王亮,刘晓菊,段艳敏,胡建生,李长征,张凌,刘少承,汪惠乾,陈良,许吉禅,冯威,刘建斌,刘欢,徐国盛,郭后扬,高翔. Plasma Science and Technology. 2017(01)
[2]The Construction of Plasma Density Feedback Control System on J-TEXT Tokamak[J]. 柯新,陈志鹏,巴为刚,舒双宝,高丽,张明,庄革. Plasma Science and Technology. 2016(02)
[3]Experimental Studies of Electrostatic Fluctuations and Turbulent Transport in the Boundary of J-TEXT Tokamak Using Reciprocating Probe[J]. 陈志鹏,孙岳,王之江,杨州军,丁永华,庄革,J-TEXT team. Plasma Science and Technology. 2012(12)
[4]Reconstruction of the TEXT-U Tokamak in China[J]. 庄革,丁永华,张明,于克训,张晓卿,王之江,胡希伟,潘垣. Plasma Science and Technology. 2009(04)
本文编号：3243385
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