聚变堆装置极向场磁体馈电优化研究

发布时间：2023-09-02 10:50

　　托卡马克装置是目前最有希望实现可控核聚变的技术,对人类探索未来清洁能源有着重要意义。极向场磁体系统是托卡马克中产生、维持和控制等离子体电流的关键子系统,对磁体线圈的电流及馈电设计是托卡马克放电实验研究的基本课题之一。本文通过分析极向场磁体线圈与等离子体之间的电磁关系,对准雪花偏滤器位形放电极向场线圈电流的设计、线圈馈电方式的优化设计、等离子体交流放电极向场线圈电流设计等问题进行了研究,具体内容和创新如下:(1)推导了超导聚变装置等离子体平衡方程,建立等离子体电流模型,并详细介绍了所有影响等离子体与极向场线圈电磁关系的参数。(2)研究了极向场线圈电流对等离子体位形的控制作用,通过求解单线圈电流扰动下的等离子体自由边界平衡问题,计算了等离子体位形与磁通分布对线圈电流的响应,通过拟合多线圈电流扰动下等离子体磁通分布的响应,优化了用于位形控制的等离子体磁通响应矩阵,证明了与目前计算响应矩阵的方法相比,其精度更高。(3)研究了不同等离子体位形参数对应的平衡极向场线圈电流,通过正交实验法,解决了准雪花偏滤器位形设计中遇到的极向场线圈电流过大的问题,发现了在设计放电平衡位形时,可以通过调整位形参数来...

【文章页数】：120 页

【学位级别】：博士

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致谢
摘要
abstract
第一章 绪论
    1.1 受控核聚变与托卡马克装置
        1.1.1 受控核聚变发展历史
        1.1.2 托卡马克装置
    1.2 托卡马克极向场磁体系统
        1.2.1 磁体线圈分布与功能
        1.2.2 磁体线圈电源
        1.2.3 等离子体控制
    1.3 课题研究意义
    1.4 论文结构
第二章 等离子体平衡方程与电流模型
    2.1 Grad-Shafranov平衡方程
    2.2 等离子体电流模型
        2.2.1 GAQ电流模型和多项式电流模型
        2.2.2 等离子体形状
        2.2.3 等离子体电流剖面参数
        2.2.4 等离子体电路模型
    2.3 本章小结
第三章 EAST等离子体对极向场磁体电流的响应
    3.1 等离子体自由边界平衡计算
        3.1.1 格林函数计算
        3.1.2 自由边界平衡计算流程
        3.1.3 仿真计算程序
    3.2 单线圈电流扰动下等离子体响应
    3.3 多线圈电流扰动下等离子体响应
    3.4 本章小结
第四章 EAST极向场磁体馈电优化
    4.1 等离子体固定边界平衡计算
        4.1.1 计算方法与程序
        4.1.2 计算案例
    4.2 准雪花偏滤器位形放电PF线圈电流优化
        4.2.1 雪花偏滤器位形介绍
        4.2.2 准雪花偏滤器位形打击点优化
        4.2.3 准雪花偏滤器位形平衡设计
        4.2.4 正交实验法
        4.2.5 放电位形及PF线圈电流优化
    4.3 极向场线圈馈电方式优化
        4.3.1 PF线圈分布式和集中式一体化的馈电方式
        4.3.2 不同放电模式等离子体参数对PF电流的影响
        4.3.3 ITER PF线圈馈电方式
    4.4 本章小结
第五章 托卡马克交流运行极向场磁体馈电设计
    5.1 托卡马克交流运行
        5.1.1 实验研究背景
        5.1.2 理论研究背景
    5.2 J-text托卡马克
    5.3 等离子体电流反向时的平衡位形构建
        5.3.1 归一化G-S方程推导与求解
        5.3.2 等离子体电流过零时的平衡位形
        5.3.3 等离子体电流翻转时的平衡位形
    5.4 铁芯托卡马克固定边界平衡计算
        5.4.1 计算方法
        5.4.2 等离子体电流过零时线圈电流计算结果
        5.4.3 等离子体电流翻转时线圈电流计算结果
    5.5 本章小结
第六章 总结与展望
    6.1 总结
    6.2 展望
参考文献
攻读博士学位期间的学术活动及成果情况



本文编号：3845064