EAST高场侧低杂波电流驱动模拟研究
发布时间：2021-11-06 01:06
密度极限问题是所有低杂波电流驱动实验都无法回避的问题,如何提高高密度条件下的电流驱动效率是目前低杂波电流驱动研究的重点。相对于低场侧区域,托卡马克内的高场侧区域具有较高的磁场、静止的刮削层,这些条件都有利于低杂波取得更好的电流驱动效果。因此从高场侧发射低杂波驱动电流是应对密度极限问题的一种潜在的解决方法。本文通过GENRAY/CQL3D程序进行模拟对比了高场侧和低场侧的低杂波电流驱动情况。模拟结果表明:在整体电子密度较小时或在无密度台基的电子密度分布下,高场侧低杂波电流驱动的优势不显。随着整体电子密度的增大,高场侧低杂波电流驱动的优势逐渐显现,高场侧低杂波的总驱动电流逐渐超过低场侧低杂波,电流的径向分布范围比低场侧低杂波电流更加靠近等离子体中心。考虑刮削层对低杂波传播的影响,根据高场侧和低场侧刮削层内不同的密度分布进行模拟。模拟结果表明,低场侧低杂波在刮削层内的功率损失要远大于高场侧低杂波。增大环向磁场强度进行模拟,结果表明,增加磁场强度能有效提高低杂波渗入等离子体芯部的能力,高场侧发射的低杂波在高密度条件下能将波功率沉积到更靠近等离子体中心的区域。增大电子密度的同时,同比例增大磁平衡...
【文章来源】：南华大学湖南省
【文章页数】：66 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
托卡马克装置示意图
南华大学硕士学位论文16要求低杂波天线端口附近的密度要大于一定的限值，保证低杂波有较好的耦合效果。当B24AC=0时，低杂波色散关系的两个根N⊥s=N⊥F=0，此时低杂波波会在慢波与快波模式之间转换。由B24AC=0可得：221pepepiceceNN∥∥,acc…………（2.24）N∥,acc为低杂波的可接近性条件。图2.2低杂波垂直折射率与密度的关系[43]a——N∥<∥,acc；b——N∥=N∥,acc；c——N∥>∥,accN∥<∥,acc时，慢波会在进入等离子体的过程中全部转换为快波，向低密度的等离子体边缘传播，而后又转化为慢波，不断重复此过程，无法产生有效的电流驱动。N∥=N∥,acc时，此时处于临界点，慢波在在进入等离子体的过程中将会有部分转换为快波，部分继续向高密度区域传播。只有当N∥>∥,acc时才能避免发生模式转换，因此要求低杂波的初始入射平行折射率N∥0>∥,acc。2.3低杂波N∥谱的激发低杂波的平行折射率N∥是低杂波电流驱动最重要的参数。初始入射平行折射率N∥0可以决定低杂波的传播深度和功率沉积位置。N∥0的变化可以通过调节相控阵天线相邻波导的相位差实现。波导口的窄边尺寸和隔板厚度直接决定了天线阵的波谱。下面通过光学近似的方法粗略地推导N∥与相位的关系。假设一行N列常规波导沿着z方向排列，所有波导辐射的电场强度均相同且振幅都为E0，总电场强度可以写成：
第2章低杂波电流驱动理论21,acc0,dampNNN……………………（2.46）已知ωpe=neqe2ε0me，ωce=qeBme，根据可接近性条件N∥,acc的表达式2.24可知，N∥,acc∝neB。图2.4低杂波的可接近性条件N∥,acc随电子密度的变化从图2.4可以看出，增加磁场大小可以有效降低低杂波的可接近性条件N∥,acc。2.5低杂波驱动电流的计算要计算低杂波电流，首先要得到在低杂波作用下的电子速度分布函数。从弗拉索夫方程出发，假定在非磁化等离子体背景中，B0=E0=0。低杂波进入等离子体后，电子在电场E1作用下获得能量，导致电子速度分布发生改变：10efefvfEtmv……………………（2.47）式中电子分布函数f包含无扰动分布f0v,t和低杂波扰动分布f1v,z,t。在扰动分布中，由于低杂波的作用，电子得到能量并沿着电场方向运动，因此要考虑z方向分布带来的影响。将v记为v，弗拉索夫方程可写为下列形式：010101110veffevfffEfEtm…………（2.48）对弗拉索夫方程进行几何空间平均，g=1zgdz，可以得到：010101110veffevfffEfEtm……（2.49）若在傅里叶空间分布中存在周期因子eikr，可以看做对空间平均的贡献为零。2.49式经过处理后可以得到：
【参考文献】：
期刊论文
[1]EAST装置H模时的电子热输运系数[J]. 史可意,张先梅,薛二兵,虞立敏. 华东理工大学学报(自然科学版). 2016(05)
[2]磁约束等离子体中的射频波电流驱动和流驱动[J]. 高喆. 科学通报. 2014(32)
[3]核能开发及应用分析研究[J]. 巨洪军,程华. 中国新技术新产品. 2012(10)
[4]HT-7装置上充气对低杂波耦合影响的实验及分析[J]. 李妙辉,丁伯江,李文科,孔二华,吴金华,单家方,王茂,徐旵东. 原子能科学技术. 2011(08)
[5]低杂波多结波导阵天线耦合特性的数值分析[J]. 贾华,秦永亮,刘甫坤,匡光力. 核聚变与等离子体物理. 2010(01)
[6]边界高密度下低杂波耦合的数值模拟[J]. 秦永亮,丁伯江,张立智,匡光力. 核聚变与等离子体物理. 2008(01)
[7]利用低杂波改善约束的实验研究[J]. 李建刚,罗家融,万宝年,刘岳修,龚先祖,李多传,揭银先,李智秀,徐旵东. 物理学报. 2000(12)
[8]HL－1M感应与低杂波组合电流驱动研究[J]. 焦一鸣,高庆弟,石秉仁. 核聚变与等离子体物理. 1996(01)
[9]低杂波电流驱动的密度极限分析[J]. 印永祥,李晓东. 核聚变与等离子体物理. 1994(02)
硕士论文
[1]核聚变实验装置EAST放电失效的可靠性分析[D]. 曹兴焕.合肥工业大学 2009
[2]低杂波电流驱动（LHCD）系统的研究[D]. 宋卫国.安徽理工大学 2005
本文编号：3478858
【文章来源】：南华大学湖南省
【文章页数】：66 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
托卡马克装置示意图
南华大学硕士学位论文16要求低杂波天线端口附近的密度要大于一定的限值，保证低杂波有较好的耦合效果。当B24AC=0时，低杂波色散关系的两个根N⊥s=N⊥F=0，此时低杂波波会在慢波与快波模式之间转换。由B24AC=0可得：221pepepiceceNN∥∥,acc…………（2.24）N∥,acc为低杂波的可接近性条件。图2.2低杂波垂直折射率与密度的关系[43]a——N∥<∥,acc；b——N∥=N∥,acc；c——N∥>∥,accN∥<∥,acc时，慢波会在进入等离子体的过程中全部转换为快波，向低密度的等离子体边缘传播，而后又转化为慢波，不断重复此过程，无法产生有效的电流驱动。N∥=N∥,acc时，此时处于临界点，慢波在在进入等离子体的过程中将会有部分转换为快波，部分继续向高密度区域传播。只有当N∥>∥,acc时才能避免发生模式转换，因此要求低杂波的初始入射平行折射率N∥0>∥,acc。2.3低杂波N∥谱的激发低杂波的平行折射率N∥是低杂波电流驱动最重要的参数。初始入射平行折射率N∥0可以决定低杂波的传播深度和功率沉积位置。N∥0的变化可以通过调节相控阵天线相邻波导的相位差实现。波导口的窄边尺寸和隔板厚度直接决定了天线阵的波谱。下面通过光学近似的方法粗略地推导N∥与相位的关系。假设一行N列常规波导沿着z方向排列，所有波导辐射的电场强度均相同且振幅都为E0，总电场强度可以写成：
第2章低杂波电流驱动理论21,acc0,dampNNN……………………（2.46）已知ωpe=neqe2ε0me，ωce=qeBme，根据可接近性条件N∥,acc的表达式2.24可知，N∥,acc∝neB。图2.4低杂波的可接近性条件N∥,acc随电子密度的变化从图2.4可以看出，增加磁场大小可以有效降低低杂波的可接近性条件N∥,acc。2.5低杂波驱动电流的计算要计算低杂波电流，首先要得到在低杂波作用下的电子速度分布函数。从弗拉索夫方程出发，假定在非磁化等离子体背景中，B0=E0=0。低杂波进入等离子体后，电子在电场E1作用下获得能量，导致电子速度分布发生改变：10efefvfEtmv……………………（2.47）式中电子分布函数f包含无扰动分布f0v,t和低杂波扰动分布f1v,z,t。在扰动分布中，由于低杂波的作用，电子得到能量并沿着电场方向运动，因此要考虑z方向分布带来的影响。将v记为v，弗拉索夫方程可写为下列形式：010101110veffevfffEfEtm…………（2.48）对弗拉索夫方程进行几何空间平均，g=1zgdz，可以得到：010101110veffevfffEfEtm……（2.49）若在傅里叶空间分布中存在周期因子eikr，可以看做对空间平均的贡献为零。2.49式经过处理后可以得到：
【参考文献】：
期刊论文
[1]EAST装置H模时的电子热输运系数[J]. 史可意,张先梅,薛二兵,虞立敏. 华东理工大学学报(自然科学版). 2016(05)
[2]磁约束等离子体中的射频波电流驱动和流驱动[J]. 高喆. 科学通报. 2014(32)
[3]核能开发及应用分析研究[J]. 巨洪军,程华. 中国新技术新产品. 2012(10)
[4]HT-7装置上充气对低杂波耦合影响的实验及分析[J]. 李妙辉,丁伯江,李文科,孔二华,吴金华,单家方,王茂,徐旵东. 原子能科学技术. 2011(08)
[5]低杂波多结波导阵天线耦合特性的数值分析[J]. 贾华,秦永亮,刘甫坤,匡光力. 核聚变与等离子体物理. 2010(01)
[6]边界高密度下低杂波耦合的数值模拟[J]. 秦永亮,丁伯江,张立智,匡光力. 核聚变与等离子体物理. 2008(01)
[7]利用低杂波改善约束的实验研究[J]. 李建刚,罗家融,万宝年,刘岳修,龚先祖,李多传,揭银先,李智秀,徐旵东. 物理学报. 2000(12)
[8]HL－1M感应与低杂波组合电流驱动研究[J]. 焦一鸣,高庆弟,石秉仁. 核聚变与等离子体物理. 1996(01)
[9]低杂波电流驱动的密度极限分析[J]. 印永祥,李晓东. 核聚变与等离子体物理. 1994(02)
硕士论文
[1]核聚变实验装置EAST放电失效的可靠性分析[D]. 曹兴焕.合肥工业大学 2009
[2]低杂波电流驱动（LHCD）系统的研究[D]. 宋卫国.安徽理工大学 2005
本文编号：3478858
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