SUNIST等离子体小破裂过程磁流体力学行为研究
发布时间：2021-09-05 09:31
球形托卡马克由于其独特的位形特点具有天然的磁流体力学（MHD）稳定性,较少发生大破裂,取而代之的是较温和的内部磁重联事件（IRE）等小破裂行为。对这些MHD行为的研究对于理解破裂机制,在未来聚变装置中避免出现大破裂具有重要的科学意义和实际价值。本论文对SUNIST球形托卡马克放电中的IRE和小破裂过程中的MHD行为特性进行了较系统的研究,探讨了IRE和小破裂发生的物理机制,并首次发现了小破裂过程产生的逃逸电子激励环形阿尔芬本征模（TAE）的现象。本文首先设计和安装了一套工作频率可达2 MHz的高频磁诊断系统。用集总电路模型和传输线模型精确标定了高频磁探针的频率响应,为后面开展高频MHD行为研究提供了重要的基础。论文发展了相关的数据处理方法,如改进的希尔伯特-黄变换时频分析等,有助于准确分析高频磁扰动信号的频率、模数等特征。本文分析了IRE发生前后过程MHD行为演化过程。在先兆过程线性阶段n=-1的模快速增长;在先兆过程非线性阶段n=-1的模增长变缓逐步饱和,同时m/n=-3/-1和m/n=-6/-2的模发生非线性耦合,这验证了其他人的模拟结果;在电流上升阶段主要模数为m/n=-4/-1...
【文章来源】：清华大学北京市 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：139 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 引言
1.1 托卡马克中磁流体力学不稳定性研究
1.2 球形托卡马克磁流体力学不稳定性研究
1.2.1 内部磁重联事件
1.2.2 小破裂
1.2.3 高能粒子不稳定性
1.3 SUNIST球形托卡马克
1.4 课题意义
1.5 论文内容和结构
第2章 高频磁诊断系统的设计、安装与标定
2.1 磁探针原理和等效电路
2.2 高频磁诊断系统的的设计与安装
2.2.1 环向阵列和极向阵列
2.2.2 径向可移动阵列
2.2.3 电流密度径向分布测量
2.3 高频磁诊断系统的标定
2.3.1 面积标定
2.3.2 频率响应标定
2.4 其他相关诊断简介
2.4.1 硬X射线诊断
2.4.2 干涉仪
2.4.3 多普勒展宽测离子温度
2.5 小结
第3章 数据处理方法
3.1 傅里叶频谱分析
3.2 常用的时频分析工具
3.2.1 短时傅里叶变换
3.2.2 小波变换
3.2.3 乔伊-威廉姆斯分布
3.2.4 希尔伯特-黄变换
3.3 改进的希尔伯特-黄变换
3.3.1 希尔伯特-黄变换存在的问题
3.3.2 改进的HHT方法
3.3.3 时频分析方法的比较
3.4 双谱分析
3.4.1 傅里叶双谱
3.4.2 小波双谱
3.5 模式分析
3.5.1 相位比对法
3.5.2 相关分析
3.5.3 奇异值分解
3.6 欧拉视频放大
3.7 小结
第4章 内部磁重联事件研究
4.1 IRE典型放电波形
4.2 电流上升段MHD行为
4.2.1 时频分析
4.2.2 模数分析
4.3 IRE过程MHD行为研究
4.3.1 IRE先兆信号
4.3.2 IRE电流上升过程高频磁扰动信号
4.4 IRE分类和参数统计
4.5 IRE物理机制探讨
4.5.1 SUNIST装置上IRE触发机制探讨
4.5.2 IRE过程电流密度分布变化
4.5.3 IRE过程电流恢复
4.6 小结
第5章 小破裂过程高频磁扰动行为研究
5.1 小破裂先兆行为研究
5.2 高频磁扰动的模式特征
5.2.1 频率特征
5.2.2 非线性耦合
5.2.3 模数分析
5.2.4 极向模结构
5.2.5 增长/阻尼率测量
5.3 模式识别
5.3.1 TAE模式识别
5.3.2 TAE连续谱和模结构计算
5.3.3 TAE阻尼率
5.4 激励机制
5.4.1 SUNIST逃逸电子初步研究
5.4.2 TAE激励机制探讨
5.4.3 逃逸电子激励TAE的可能应用
5.5 小结
第6章 结论和展望
6.1 论文主要结果
6.2 论文存在的不足和后续工作展望
6.2.1 IRE和小破裂的进一步研究
6.2.2 阿尔芬本征模主动激励及其衰减率测量
参考文献
致谢
附录A SUNIST高频磁诊断系统频率响应标定结果
附录B 高频磁探针传输线模型
B.1 单段传输线模型
B.2 双段传输线模型
B.3 单段与双段传输线模型计算结果
个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果
【参考文献】：
期刊论文
[1]Observation of MHD Instabilities Driven by Energetic Electrons in the Large Helical Device[J]. Mitsutaka ISOBE,Kunihiro OGAWA,Akihiro SHIMIZU,Masaki OSAKABE,Shin KUBO,K.TOI,the LHD Experiment Group. Plasma Science and Technology. 2015(04)
[2]Investigation of Some MHD Events in the SUNIST Spherical Tokamak[J]. 曾龙,高喆,谭熠,王文浩,谢会乔,解丽风,冯春华,刘健,王龙,杨宣宗,吴彦斌,钟方川,高翔. Plasma Science and Technology. 2011(04)
[3]A Research Program of Spherical Tokamak in China[J]. 何也熙. Plasma Science & Technology. 2002(04)
[4]用赫姆霍茨线圈校准磁探针[J]. 王贵义,王世忠,沈君鉴. 电测与仪表. 1982(03)
博士论文
[1]SUNIST等离子体电子温度与密度的原子发射光谱诊断[D]. 谢会乔.清华大学 2014
[2]SUNIST球形托卡马克磁流体力学平衡反演和不稳定性研究[D]. 曾龙.清华大学 2010
本文编号：3385099
【文章来源】：清华大学北京市 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：139 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 引言
1.1 托卡马克中磁流体力学不稳定性研究
1.2 球形托卡马克磁流体力学不稳定性研究
1.2.1 内部磁重联事件
1.2.2 小破裂
1.2.3 高能粒子不稳定性
1.3 SUNIST球形托卡马克
1.4 课题意义
1.5 论文内容和结构
第2章 高频磁诊断系统的设计、安装与标定
2.1 磁探针原理和等效电路
2.2 高频磁诊断系统的的设计与安装
2.2.1 环向阵列和极向阵列
2.2.2 径向可移动阵列
2.2.3 电流密度径向分布测量
2.3 高频磁诊断系统的标定
2.3.1 面积标定
2.3.2 频率响应标定
2.4 其他相关诊断简介
2.4.1 硬X射线诊断
2.4.2 干涉仪
2.4.3 多普勒展宽测离子温度
2.5 小结
第3章 数据处理方法
3.1 傅里叶频谱分析
3.2 常用的时频分析工具
3.2.1 短时傅里叶变换
3.2.2 小波变换
3.2.3 乔伊-威廉姆斯分布
3.2.4 希尔伯特-黄变换
3.3 改进的希尔伯特-黄变换
3.3.1 希尔伯特-黄变换存在的问题
3.3.2 改进的HHT方法
3.3.3 时频分析方法的比较
3.4 双谱分析
3.4.1 傅里叶双谱
3.4.2 小波双谱
3.5 模式分析
3.5.1 相位比对法
3.5.2 相关分析
3.5.3 奇异值分解
3.6 欧拉视频放大
3.7 小结
第4章 内部磁重联事件研究
4.1 IRE典型放电波形
4.2 电流上升段MHD行为
4.2.1 时频分析
4.2.2 模数分析
4.3 IRE过程MHD行为研究
4.3.1 IRE先兆信号
4.3.2 IRE电流上升过程高频磁扰动信号
4.4 IRE分类和参数统计
4.5 IRE物理机制探讨
4.5.1 SUNIST装置上IRE触发机制探讨
4.5.2 IRE过程电流密度分布变化
4.5.3 IRE过程电流恢复
4.6 小结
第5章 小破裂过程高频磁扰动行为研究
5.1 小破裂先兆行为研究
5.2 高频磁扰动的模式特征
5.2.1 频率特征
5.2.2 非线性耦合
5.2.3 模数分析
5.2.4 极向模结构
5.2.5 增长/阻尼率测量
5.3 模式识别
5.3.1 TAE模式识别
5.3.2 TAE连续谱和模结构计算
5.3.3 TAE阻尼率
5.4 激励机制
5.4.1 SUNIST逃逸电子初步研究
5.4.2 TAE激励机制探讨
5.4.3 逃逸电子激励TAE的可能应用
5.5 小结
第6章 结论和展望
6.1 论文主要结果
6.2 论文存在的不足和后续工作展望
6.2.1 IRE和小破裂的进一步研究
6.2.2 阿尔芬本征模主动激励及其衰减率测量
参考文献
致谢
附录A SUNIST高频磁诊断系统频率响应标定结果
附录B 高频磁探针传输线模型
B.1 单段传输线模型
B.2 双段传输线模型
B.3 单段与双段传输线模型计算结果
个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果
【参考文献】：
期刊论文
[1]Observation of MHD Instabilities Driven by Energetic Electrons in the Large Helical Device[J]. Mitsutaka ISOBE,Kunihiro OGAWA,Akihiro SHIMIZU,Masaki OSAKABE,Shin KUBO,K.TOI,the LHD Experiment Group. Plasma Science and Technology. 2015(04)
[2]Investigation of Some MHD Events in the SUNIST Spherical Tokamak[J]. 曾龙,高喆,谭熠,王文浩,谢会乔,解丽风,冯春华,刘健,王龙,杨宣宗,吴彦斌,钟方川,高翔. Plasma Science and Technology. 2011(04)
[3]A Research Program of Spherical Tokamak in China[J]. 何也熙. Plasma Science & Technology. 2002(04)
[4]用赫姆霍茨线圈校准磁探针[J]. 王贵义,王世忠,沈君鉴. 电测与仪表. 1982(03)
博士论文
[1]SUNIST等离子体电子温度与密度的原子发射光谱诊断[D]. 谢会乔.清华大学 2014
[2]SUNIST球形托卡马克磁流体力学平衡反演和不稳定性研究[D]. 曾龙.清华大学 2010
本文编号：3385099
本文链接：https://www.wllwen.com/projectlw/hkxlw/3385099.html
