氘—氚等离子体中杂质与漂移波—带状流系统相互影响的理论研究

发布时间：2021-07-04 03:43

　　未来磁约束聚变堆需要实现高温、高压、高约束堆芯燃料等离子体的长时间稳定控制。然而,非燃料杂质离子和氦灰（慢化后的聚变产物alpha粒子）在装置芯部的聚集,会引起辐射增强和燃料稀释,导致聚变等离子体温度和聚变功率下降,甚至会诱发等离子体大破裂,对聚变堆装置的安全运行造成巨大的危害。杂质聚芯的避免和控制是实现未来反应堆稳态安全运行的关键挑战之一。实验观测到横越磁力线的粒子输运远高于经典和新经典碰撞理论预测的水平,这种现象被称为反常输运,与漂移波湍流有密切关系。漂移波非线性相互作用可以驱动带状流,带状流反过来又可以抑制漂移波湍流和反常输运。因此,理解杂质与漂移波-带状流系统的相互作用、研究杂质对等离子体约束性能的影响、避免杂质聚芯是实现聚变堆高约束稳态安全运行亟待解决的问题。本论文系统地研究了杂质对漂移波-带状流系统的影响,开展了湍流杂质输运的理论研究。以反弹动理学为理论工具,推导了包含杂质效应在内的任意波长残余带状流的统一解析表达式,系统地分析了氘-氚等离子体中不同种类杂质对残余带状流的影响。研究结果表明:杂质对长波残余带状流的影响比较微弱;回旋半径大于（小于）有效离子回旋半径的杂质可以提... 

【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

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【学位级别】：博士

【部分图文】：

聚变反应截面随氘离子能量的变化

图 1-3 中国磁约束聚变发展路线图[4]。 漂移波-带状流系统概述 1.1 节所述，维持较好的等离子体约束是实现聚变堆稳态高参数运行的一。目前托卡马克装置主要使用较强的磁场来约束等离子体。如图 1-4 所tps://www.euro-fusion.org/），托卡马克装置的总磁场 B 包括外加纵场线圈磁场tB 和等离子体环向电流产生的极向磁场 B ， 和 组成的螺旋状磁约束和维持稳定的等离子体。然而，磁场的弯曲和梯度、电场、库仑碰撞体的压强梯度（包括温度梯度和密度梯度）等因素会引起横越磁力线（cros子、动量和热量等输运过程[6]。输运过程使得带电粒子的约束并非像最初完美。因此，实现较好的等离子体约束需要理解输运过程的物理机制。

4 托卡马克的磁场位形。（引自 https://www.euro-fusion.org/的时空尺度输运理论之前，有必要对等离子体中涉及的时空尺同时空尺度的问题时，所采用的描述方法以及所适用


本文编号：3263961