偏滤器靶板模块热负荷研究

发布时间：2021-08-09 11:47

　　开发核聚变能源是人类社会解决能源问题的根本途径。以托卡马克为代表的磁约束聚变是获得可控核聚变能源的两个主要技术路线之一。托卡马克燃烧等离子体中的聚变反应会产生大量的热,必须及时从芯部排出,否则将会影响芯部等离子体的稳定性。特别是在高约束模式（H-mode）运行条件下,主等离子体边缘会形成很强的温度、密度梯度,产生爆发性的边缘局域模（Edge Localized Modes,ELMs）造成对第一壁的热冲击。另一方面,刮削层区等离子体与器壁的相互作用也会对第一壁造成损伤。因此,人们几乎不再使用限制器来保护第一壁,而是引入偏滤器磁场位形。偏滤器位形保护了第一壁整体,使其与等离子体相互作用大大减弱,但是这同时使得偏滤器靶板成为整个托卡马克装置中热负荷最为集中的部件。稳态运行条件下,国际热核聚变实验堆（英文简称ITER）的偏滤器靶板平均热通量可达到10MW/m2;而在中国聚变工程试验堆（英文简称CFETR）中的偏滤器靶板设计参数更是高达数十MW/m2。这样大的热负荷条件下,在边缘局域模（ELMs）大规模爆发的时候会使得所有金属靶板材料面临融化风险。所以,偏滤器靶板的热负荷问题若得不到解决,托卡马... 

【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校

【文章页数】：62 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

限制器和偏滤器示意图[14]

哈尔滨工业大学理学硕士学位论文-4-图1-2限制器和偏滤器示意图[14]偏滤器主要有以下几个功能：1.排出氦灰与杂质。氦灰是聚变反应产物，从芯部扩散至刮削层并沿磁力线输运至靶板区域；杂质来源于刮削层等离子体对包括偏滤器在内的第一壁的打击产生。2.保护第一壁。聚变反应产生的能量中，有90%都以等离子体热能的形式输运到了偏滤器区域，因此，偏滤器承担着托卡马克装置的主要排热功能。图1-3先进托卡马克中实施的偏滤器位形示意图[15]

哈尔滨工业大学理学硕士学位论文-4-图1-2限制器和偏滤器示意图[14]偏滤器主要有以下几个功能：1.排出氦灰与杂质。氦灰是聚变反应产物，从芯部扩散至刮削层并沿磁力线输运至靶板区域；杂质来源于刮削层等离子体对包括偏滤器在内的第一壁的打击产生。2.保护第一壁。聚变反应产生的能量中，有90%都以等离子体热能的形式输运到了偏滤器区域，因此，偏滤器承担着托卡马克装置的主要排热功能。图1-3先进托卡马克中实施的偏滤器位形示意图[15]

【参考文献】：
期刊论文
[1]托卡马克研究的现状及发展[J]. 李建刚.  物理. 2016(02)
[2]边界局域模对EAST钨偏滤器靶板腐蚀程度的数值模拟研究[J]. 黄艳,孙继忠,桑超峰,丁芳,王德真.  物理学报. 2014(03)
[3]中国核聚变实验装置首次实现高约束模式运行[J].   光机电信息. 2009(07)
[4]核聚变研究的发展历史[J]. 朱士尧.  物理. 1990(02)

博士论文
[1]钨铜偏滤器靶板疲劳损伤与寿命研究[D]. 钱新元.中国科学技术大学 2017
[2]偏滤器等离子体鞘层及氢同位素在器壁材料中的滞留模拟研究[D]. 桑超峰.大连理工大学 2012



本文编号：3332010