托卡马克小幅度ELM运行模式及ELM控制研究

发布时间：2021-10-11 02:13

　　边缘局域模（ELM）是在高约束（H模）等离子体边界经常出现的一种磁流体力学不稳定性。大幅度边缘局域模爆发对ITER、CFETR等未来大型聚变堆装置而言危害巨大。大幅度ELM不仅影响聚变堆中偏滤器靶板和壁材料的使用寿命,还会产生新的杂质污染主等离子体,严重威胁聚变堆的高约束稳态运行。但另一方面,ELM的爆发又有利于等离子体中杂质以及聚变反应产生的氦灰的排出。简而言之,边缘局域模是一把“双刃剑”,需要对其加以控制和利用。ITER装置的基础运行模式为带有Type-I ELM的高约束运行模式。因此,需要发展边缘局域模控制技术,缓解ELM的爆发。CFETR装置参考的是带有自发小幅度ELM的Grassy ELM运行模式,因此需要对此模式进行深入研究。EAST托卡马克装置具有ITER、CFETR等未来聚变堆的全超导、低动量注入、金属壁等特征,在EAST上开展ELM控制及高频小幅度ELM运行模式的研究可为ITER、CFETR等未来聚变堆提供借鉴。本论文首先分析了EAST上边缘局域模的特征,包括利用快动探针系统分析了Type-I ELM的动力学过程,以及建立了EAST上边缘局域模特征与宏观等离子体参量的... 

【文章来源】：中国科学技术大学安徽省 211工程院校 985工程院校

【文章页数】：156 页

【学位级别】：博士

【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章 引言
    1.1 能源体系未来发展趋势
    1.2 受控热核聚变与托卡马克
    1.3 H模与台基区
    1.4 边缘局域模
    1.5 本论文研究内容与意义
第二章 边缘局域模研究概述
    2.1 边缘局域模的理论研究
        2.1.1 边缘局域模基本理论的发展
        2.1.2 Peeling-ballooning模型
    2.2 自发小、无边缘局域模研究概况
        2.2.1 EDA H-mode实验研究
        2.2.2 QH模实验研究
        2.2.3 Improved mode实验研究
        2.2.4 Type-Ⅱ ELM实验研究
        2.2.5 Type-Ⅴ ELM实验研究
        2.2.6 Grassy ELM实验研究
    2.3 主动控制边缘局域模技术研究概况
        2.3.1 共振磁扰动线圈控制ELM实验研究
        2.3.2 弹丸调制注入控制ELM实验研究
        2.3.3 快速垂直位移控制ELM实验研究
        2.3.4 超声分子束注入控制ELM实验研究
        2.3.5 其它ELM控制技术实验研究
第三章 EAST上边缘局域模特征分析
    3.1 EAST托卡马克实验装置
    3.2 EAST上Type-Ⅰ ELM的动力学过程分析
        3.2.1 EAST快动探针诊断系统
        3.2.2 Type-Ⅰ ELM爆发中filaments静电涨落
        3.2.3 Type-Ⅰ ELM爆发中filaments磁涨落
        3.2.4 Type-Ⅰ ELM爆发中filaments运动速度
        3.2.5 Type-Ⅰ ELM爆发中filaments的特征小结
    3.3 EAST上边缘局域模特征统计分析
        3.3.1 EAST上ELM特征统计分析数据库
        3.3.2 ELM频率、幅度的统计特征
        3.3.3 ELM幅度与I_p、B_t、q_(95)的统计关系
        3.3.4 ELM幅度与n_(el)、n_(el)/n_(GW)的统计关系
        3.3.5 ELM幅度与W_(MHD)、β_N、β_p的统计关系
        3.3.6 ELM幅度与δ、k的统计关系
        3.3.7 ELM幅度与环向旋转V_t的统计关系
        3.3.8 ELM幅度与加热功率的统计关系
        3.3.9 ELM特征统计分析小结
第四章 EAST上低杂波调制触发ELM技术研究
    4.1 EAST上边缘局域模控制技术的发展
    4.2 低杂波调制触发边缘局域模技术
        4.2.1 EAST托卡马克上低杂波装置
        4.2.2 低杂波调制触发ELM实验
        4.2.3 低杂波调制触发ELM期间的台基剖面演化
        4.2.4 低杂波调制触发ELM期间的“密度泵出”效应
        4.2.5 低杂波调制触发ELM期间高、低场侧相反磁场扰动
        4.2.6 低杂波调制触发ELM的物理机制分析
        4.2.7 低杂波调制触发ELM的可行性区间
        4.2.8 低杂波调制触发ELM实验的分析讨论
    4.3 本章小结
第五章 EAST上高频小幅度边缘局域模运行模式研究
    5.1 EAST上无/小ELM运行模式的发展
    5.2 EAST上典型高频小幅度ELM——Grassy ELM放电
    5.3 EAST上Grassy ELM与Type-Ⅰ ELM的实验对比
        5.3.1 Grassy ELM与Type-Ⅰ ELM峰值热负荷对比
        5.3.2 Grassy ELM与Type-Ⅰ ELM的崩塌区域对比
        5.3.3 Grassy ELM与Type-Ⅰ ELM放电的钨杂质排出能力对比
    5.4 EAST上Grassy ELM运行参数区探索
        5.4.1 Grassy ELM运行区的q_(95)扫描
        5.4.2 Grassy ELM运行区的n_(el)扫描
        5.4.3 不同磁场方向下探索Grassy ELM运行
        5.4.4 目前获得的Grassy ELM运行的宏观参数区
    5.5 EAST上Grassy ELM的兼容性探索
        5.5.1 Grassy ELM与低旋转的兼容性探索
        5.5.2 Grassy ELM与高n_(el)/n_(GW)的兼容性探索
        5.5.3 Grassy ELM与高自举电流份额的兼容性探索
        5.5.4 Grassy ELM与辐射偏滤器的兼容性探索
    5.6 Grassy ELM低q_(95)运行以及对低杂波依赖性探索
        5.6.1 Grassy ELM低q_(95)运行探索
        5.6.2 Grassy ELM对低杂波依赖性探索
    5.7 Grassy ELM物理机制探索
        5.7.1 国内外已有的Grassy ELM物理机制的理解
        5.7.2 EAST上Grassy ELM的线性不稳定性分析
        5.7.3 EAST上Grassy ELM的非线性不稳定性分析
    5.8 本章小结
第六章 总结及展望
    6.1 本文总结
    6.2 未来工作展望
参考文献
致谢
在读期间发表的学术论文与取得的其他研究成果


【参考文献】：
期刊论文
[1]EAST全超导托卡马克高约束稳态运行实验研究进展[J]. 万宝年,徐国盛.  中国科学:物理学 力学 天文学. 2019(04)
[2]可控核聚变科学技术前沿问题和进展[J]. 高翔,万元熙,丁宁,彭先觉.  中国工程科学. 2018(03)
[3]Realization of minute-long steady-state H-mode discharges on EAST[J]. 龚先祖,万宝年,李建刚,钱金平,李二众,刘甫坤,赵燕平,王茂,徐旵东,A M GAROFALO,Annika EKEDAH,丁斯晔,黄娟,张凌,臧庆,刘海庆,曾龙,林士耀,沈飙,张斌,邵林明,肖炳甲,胡建生,胡纯栋,胡立群,王亮,孙有文,徐国盛,梁云峰,项农.  Plasma Science and Technology. 2017(03)
[4]Investigation of LHCD Efficiency and Transformer Recharging in the EAST Tokamak[J]. 李妙辉,丁伯江,李文科,孔二华,单家方,刘甫坤,王茂,徐旵东.  Plasma Science and Technology. 2012(03)
[5]Recent Results of LHCD Experiments in EAST[J]. 丁伯江,孔二华,李妙辉,秦永亮,张磊,A.EKEDAHL,Y.PEYSSON,王茂,徐旵东,胡怀传,黄懿云,徐国盛,单家方,刘甫坤,赵燕平,高翔,万宝年,李建刚.  Plasma Science and Technology. 2011(02)
[6]大科学工程:在探索与造物之间——以中国EAST托卡马克核聚变装置的建造为例[J]. 王大明.  工程研究-跨学科视野中的工程. 2007(00)
[7]Physical Engineering Test and First Divertor Plasma Configuration in EAST[J]. 万宝年.  Plasma Science and Technology. 2007(02)
[8]Design of a New Water Load for S-band 750 kW Continuous Wave High Power Klystron Used in EAST Tokamak[J]. 刘亮,刘甫坤,单家芳,匡光力.  Plasma Science and Technology. 2007(02)

博士论文
[1]托卡马克边界杂质输运相关研究[D]. 张鹏飞.中国科学技术大学 2018



本文编号：3429586