托卡马克等离子体中离子回旋尺度漂移波不稳定性的研究

发布时间：2023-11-05 12:02

　　托卡马克是目前实现可控核聚变从而解决能源危机与环境问题最有希望的磁约束聚变装置之一。在托卡马克实验中观测到的粒子、能量及动量输运都远大于经典(包含新经典)理论的预测值,人们称这种无法用碰撞理论解释的输运现象为反常输运。托卡马克等离子体中微观漂移波不稳定性驱动的湍流被普遍认为是引起反常输运的主要贡献者。大量研究表明,属于离子拉莫尔回旋半径尺度的漂移波不稳定性主要有离子温度梯度模(Ion Temperature Gradient mode,ITG 模)和捕获电子模(Trapped Electron Mode,TEM)。因此阐明这两种不稳定性的物理性质,探索控制它们的手段,对理解等离子体的基本行为和先进磁约束聚变研究都具有重要意义。经过几十年的发展,回旋动理学模拟已经成为研究托卡马克等离子体中微观不稳定性及湍动输运的主要工具。本论文应用回旋动理学理论及数值代码,系统地研究了托卡马克含杂质等离子体中的ITG模和TEM,等离子体形变效应对ITG模不稳定性的影响,以及中空密度分布下ITG模和TEM的特性。本论文研究内容对于理解湍动输运的物理机制以及微观不稳定性的控制有很大的帮助,并为改善等离子体的...

【文章页数】：160 页

【学位级别】：博士

【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
主要符号表
1 绪论
    1.1 聚变能与托卡马克
    1.2 微观湍流与输运概述
        1.2.1 碰撞输运
        1.2.2 湍动输运
        1.2.3 漂移波不稳定性
        1.2.4 回旋动理学理论及模拟
    1.3 离子温度梯度模和捕获电子模的研究进展
        1.3.1 离子温度梯度模
        1.3.2 捕获电子模
    1.4 局域平衡模型下的回旋动理学积分本征方程
        1.4.1 Vlasov-Maxwell方程组
        1.4.2 积分本征方程
        1.4.3 数值处理
    1.5 本论文研究内容
2 含杂质等离子体中捕获电子模、离子温度梯度模的研究
    2.1 研究背景
    2.2 模型和方程
    2.3 数值结果
        2.3.1 杂质对捕获电子模的影响
        2.3.2 杂质模和捕获电子模的耦合
        2.3.3 离子温度梯度模和捕获电子模的耦合
    2.4 本章小结
3 非圆截面等离子体中离子温度梯度模的研究
    3.1 研究背景
    3.2 Miller局域平衡模型
    3.3 积分本征方程
    3.4 数值结果
    3.5 本章小结
4 中空密度分布下离子温度梯度模和捕获电子模的研究
    4.1 研究背景
    4.2 局域模型下的离子温度梯度模和捕获电子模
        4.2.1 离子温度梯度模
        4.2.2 捕获电子模
        4.2.3 离子温度梯度模和捕获电子模的耦合
    4.3 全域离子温度梯度模和捕获电子模
        4.3.1 模型和方程
        4.3.2 数值结果
    4.4 本章小结
5 结论与展望
    5.1 结论
    5.2 创新点
    5.3 展望
参考文献
附录A 符号索引
附录B 非圆截面局域平衡模型下积分本征方程详细推导过程
攻读博士学位期间科研项目及科研成果
致谢
作者简介



本文编号：3860993