共振磁扰动场作用下EAST三维等离子体平衡研究

发布时间：2022-02-20 11:52

　　等离子体平衡是磁约束聚变理论与实验的根本。利用环向对称性,国内托卡马克平衡问题的求解主要采用二维磁面模型EFIT程序。然而共振磁扰动场（Resonant Magnetic Perturbations,RMP）作用将打破托卡马克环向对称性,平衡问题的求解需要重新考虑三维模型。目前EAST上已经开展RMP实验,因而如何精确求解RMP作用时的三维平衡对于RMP实验和理论分析极其重要。本论文工作即围绕于RMP作用时EAST上三维平衡模拟展开,包括线性快速三维磁拓扑结构分析、以及非线性三维等离子体平衡重建。RMP作用时,扰动场将在共振有理面上产生磁岛,且等离子体边界区域磁岛链极易重叠并形成随机场,此时磁拓扑结构发生变化。为快速分析RMP作用对边界磁拓扑结构的改变,以理解其抑制或缓解边界局域模（Edge-Localized Mode,ELMs）的物理机制,我们分别在真空场近似以及局部理想等离子体响应近似下编写线性程序并研究EAST上三维磁拓扑结构。在真空场近似下,通过数值求解二维平衡场与RMP线圈产生的扰动磁场的线性叠加解,论文详细探讨了在柱坐标系以及PEST磁面坐标系下三维磁拓扑结构的分析计算,... 

【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】：108 页

【学位级别】：博士

【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
    1.1 核聚变与等离子体
    1.2 磁约束聚变与托卡马克
    1.3 EAST全超导托卡马克装置简介
    1.4 托卡马克中等离子体约束模式
        1.4.1 欧姆模式
        1.4.2 低约束模式
        1.4.3 高约束模式
    1.5 边界局域模
        1.5.1 ELMs分类
        1.5.2 MHD及peeling-ballooning模型
    1.6 ELMs控制
        1.6.1 ELMs控制方法简介
        1.6.2 共振磁扰动
    1.7 论文结构简介
第二章 磁约束聚变等离子体平衡简介
    2.1 平衡概念及分类
    2.2 磁约束聚变平衡理想磁流体力学描述
    2.3 二维平衡
        2.3.1 环对称位形力学平衡分析
        2.3.2 Grad-Shafranov方程
    2.4 平衡数值求解及EFIT程序
        2.4.1 Grad-Shafranov方程数值求解
        2.4.2 EFIT程序简介
    2.5 三维磁面平衡VMEC程序简介
    2.6 本章小结
第三章 RMP作用下EAST上三维磁拓扑结构分析
    3.1 EAST上RMP实验背景简介
    3.2 真空场近似下快速三维磁拓扑结构分析
        3.2.1 真空场近似下求解原理与流程
        3.2.2 RMP磁场计算
        3.2.3 力线方程与坐标变换
        3.2.4 庞加莱图
        3.2.5 共振谱分析
        3.2.6 奇里科夫参数
    3.3 局部理想等离子体响应近似下三维磁拓扑结构分析
        3.3.1 局部理想等离子体响应近似求解原理
        3.3.2 屏蔽磁场模拟与三维磁拓扑
    3.4 模型与实验对比
    3.5 本章小结
第四章 HINT模型与EAST三维平衡求解
    4.1 磁约束三维平衡简介
    4.2 HINT模型简介
        4.2.1 模型背景介绍
        4.2.2 基本方程
        4.2.3 计算原理与流程
        4.2.4 边界条件
        4.2.5 收敛条件
        4.2.6 初值条件
    4.3 EAST上三维平衡重建
        4.3.1 可靠性检验
        4.3.2 RMP作用时EAST上三维平衡重建
    4.4 本章小结
第五章 低杂波加热下EAST上各向异性的实验分析
    5.1 等离子体各向异性简介
    5.2 各向异性量化研究方法
    5.3 各向异性统计特性
        5.3.1 各向异性程度与密度依赖关系
        5.3.2 各向异性程度与加热功率依赖关系
        5.3.3 各向异性程度与温度依赖关系
    5.4 本章小结
第六章 总结与展望
    6.1 总结
    6.2 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]全球铀矿资源现状及核能发展趋势[J]. 刘廷,刘巧峰.  现代矿业. 2017(04)
[2]Integrated Operating Scenario to Achieve 100-Second,High Electron Temperature Discharge on EAST[J]. 钱金平,龚先祖,万宝年,刘甫坤,王茂,徐旵东,胡纯栋,王亮,李二众,曾龙,提昂,沈飚,林士耀,邵林明,臧庆,刘海庆,张斌,孙有文,徐国盛,梁云峰,肖炳甲,胡立群,李建刚.  Plasma Science and Technology. 2016(05)
[3]Overview of Development Status for EAST-NBI System[J]. 胡纯栋,谢亚红,谢远来,刘胜,许永建,梁立振,蒋才超,盛鹏,顾玉明,李军,刘智民.  Plasma Science and Technology. 2015(10)
[4]Equilibrium Reconstruction in EAST Tokamak[J]. 钱金平,万宝年,L.L.LAO,沈飚,S.A.SABBAGH,孙有文,刘冬梅,肖炳甲,任启龙,龚先祖,李建刚.  Plasma Science and Technology. 2009(02)
[5]EAST超导托卡马克装置逆磁线圈设计[J]. 奚维斌,沈飚,钱金平,武松涛,万宝年.  核聚变与等离子体物理. 2007(02)



本文编号：3634989