托卡马克中高能量粒子与内扭曲模相互作用的数值模拟研究

发布时间：2022-02-10 21:57

　　由于传统能源的日益枯竭,对新能源的开发利用是人类持续进步与发展的必然选择。聚变能以其原料储量丰富和安全干净等特点成为了人类未来发展最为理想的能源。托卡马克是磁约束装置中最有希望实现可控核聚变的实验方案。高能量粒子与内扭曲模的相互作用是托卡马克物理中一个重要的研究课题,这是由于一方面内扭曲模触发的锯齿振荡可以引起大量的高能量粒子输运；另一方面高能量粒子可以对内扭曲模起稳定作用,增长锯齿振荡的周期并最终导致巨型锯齿的产生,而巨型锯齿可以触发新经典撕裂模并破坏等离子体约束,甚至导致等离子体破裂。本论文采用磁流体-动理学混合模型代码M3D-K对高能量粒子与内扭曲模相互作用进行了数值模拟研究,包括托卡马克中高能量粒子由锯齿崩塌引起的输运,以及n=1内扭曲模的线性不稳定性以及非线性随时演化两部分内容。本论文总共分为六章,其中第一章为绪论,第二章概述了托卡马克中高能量粒子与内扭曲模的相关物理背景,第三章详细介绍了所用代码M3D/M3D-K中的磁流体-动理学混合模型以及相关数值方法,第四章与第五章是本论文主要研究的两方面内容,第六章对全文进行总结并提出工作展望。本论文的具体研究内容如下：在第四章中,我... 

【文章来源】：浙江大学浙江省211工程院校985工程院校教育部直属院校

【文章页数】：127 页

【学位级别】：博士

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致谢
摘要
Abstract
1 绪论
    1.1 聚变能
    1.2 惯性约束聚变与磁约束聚变
    1.3 托卡马克以及国际热核聚变实验堆计划
    1.4 本论文研究动机与内容
    1.5 本论文提纲
2 托卡马克中内扭曲模与高能量粒子的物理背景
    2.1 内扭曲模
    2.2 锯齿振荡
    2.3 高能量粒子
    2.4 高能量粒子与内扭曲模的相互作用
    2.5 本章总结
3 计算方法以及M3D代码简介
    3.1 计算方法和物理模型
    3.2 M3D代码简介
    3.3 M3D代码物理模型
    3.4 M3D-K代码中的电阻磁流体部分
    3.5 M3D-K代码中的高能量粒子部分
    3.6 本章总结
4 托克马克中的锯齿振荡及其导致的高能量粒子输运的模拟研究
    4.1 研究背景
    4.2 锯齿振荡模拟结果
    4.3 高能量粒子输运模拟结果
    4.4 实验装置中临界能量的估算
    4.5 本章总结
5 DⅢ-D装置中n=1内扭曲模的模拟研究
    5.1 研究背景
    5.2 DⅢ-D实验结果简介
    5.3 初始剖面及相关参数设定
    5.4 磁流体模拟结果
    5.5 有束离子动理学效应的模拟结果
    5.6 本章总结
6 总结与展望
    6.1 总结
    6.2 展望
参考文献
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