局部驱动电流抑制撕裂模不稳定性研究

发布时间：2021-08-31 09:23

　　撕裂模不稳定性是托卡马克装置中磁能转化为等离子体动能和热能的方式之一。这种不稳定性可能引起托卡马克等离子体的约束变差,甚至引发大破裂。因此,研究如何在实验中避免撕裂模不稳定性的产生及撕裂模出现后的控制方法是非常重要的。为改善电流分布,在有理磁面附近加入驱动电流,实验和理论表明射频波电流驱动可以有效抑制撕裂模不稳定性。射频波电流驱动抑制撕裂模不稳定性仍有许多问题需要进一步探讨和解释。本论文首先在直圆柱位形下,采用不可压缩磁流体模型,依据基本方程组模拟出大环径比下托卡马克等离子体的状态,然后采用高斯分布形式,引入外部驱动电流。研究了驱动电流的分布特征,包括电流分布的峰值和半高宽。然后测试不同外部电流环境下等离子体运动状态的变化,研究了直圆柱位形中外部驱动电流对2/1及3/1撕裂模的影响。模拟具有不同分布特征的外部驱动电流,或者固定电流特征不变,改变注入时间,观察不同外部条件下撕裂模磁岛宽度的变化。研究表明采取沿径向沉积具有高斯分布的外部驱动电流在有理面上的方式,能够有效减缓2/1单撕裂模及3/1双撕裂模的发展。当2/1单撕裂模发展起来后,加入局部驱动电流,观察磁岛宽度,发现增长速度明显减缓... 

【文章来源】：南华大学湖南省

【文章页数】：58 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

所示，这是建立在Harries电流片和X点重联位形上的图1.1磁场重联示意图

图 1.2 破裂不稳定性的发展示意图撕裂模对磁场和磁面的破坏降低了可实现的等离子体压强。原来磁场位形的约束特征改变，形成的磁岛增强了输运过程。另外，撕裂模的演化会破坏等离子体平衡和托卡马克的约束、降低装置运行效率、阻碍等离子体旋转、降低等离子体能量和角动量以及等离子体的温度和密度，甚至导致大破裂。这些严重限制了托卡马克装置的稳定运行。图 1.2 表示在等离子体发生破裂前通常会出现密度增加等一系列征兆，当然也存在没有征兆突然出现破裂的情况。称第一阶段为孕育阶段，随后的第二阶段是先兆阶段，此时紧随着会出现不稳定性扰动。例如先发生 m=2 的磁场振荡，孕育阶段振荡幅度很小并达到饱和，在随后的征兆阶段振幅迅速增大，一般中型托卡马克的征兆阶段约为 10ms。当不稳定性扰动超过临界值后，进入到第三阶段即快速发展阶段。此时等离子体中心温度迅速降低，电流的径向分布剖面被拉平，环

匹配外区和内区解，得到撕裂模增长率定标。通过图2.1，用唯象理论分析撕裂模产生的物理图像。图中，平衡剪切磁场为()0Bxy，假设初始的扰动磁场存在形式t1xB(y)sinkye ……………………………（2.1）由法拉第定律可以得到扰动电场t1zcoskyekE ………………………………（2.2）在有限电阻等离子体中扰动电场可以产生电流图 2.1 撕裂模示意图

【参考文献】：
期刊论文
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本文编号：3374647