核聚变负氢离子源引出部分数值模拟

发布时间：2023-11-12 19:21

　　负氢离子源(Negative Hydrogen Ion Source)是一种能够产生并能引出负氢离子装置,由于负氢离子的中性化效率高,负氢离子在核聚变装置上广泛应用。负氢离子源作为中性束注入系统(NBI)的起始部分具有重要的作用,因为只有从负氢离子源内引出足够负氢离子整个NBI才有意义。负氢离子源设计的最终目的是引出60 A的负氢离子,这对于目前来说是一个巨大的技术和科学的难题,因此需要对负氢离子源引出部分的物理运作规律有详细的了解。负氢离子的存活距离比较短,一般只有在靠近引出部分产生的才能引出,加上负氢离子源的引出部分包括负氢离子的产生和引出,所以研究负氢离子源的引出部分意义重大。现在的有关负氢离子源的认知基本上都是从实验上得来的,但是实验毕竟对负氢离子源内部的工作原理和粒子的运行规律不能直观的掌握。这就需要通过数值模拟来获得负氢离子源内离子运作的规律。因此本文通过程序模拟的方式将负氢离子源引出部分的物理变化过程直观的展示出来,并总结了模拟过程中得到的各物理量的变化规律。首先,本文建立了基于PIC-IFE-MCC(质点网格法-浸入式有限元-蒙特卡洛碰撞法)相结合的全三维的模拟程序来对...

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摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
    1.1 课题背景及研究目的
        1.1.1 课题背景与意义
        1.1.2 研究目的
    1.2 国内外研究现状
        1.2.1 国外研究现状
        1.2.2 国内研究现状
    1.3 主要研究内容
第2章 数值模拟模型的建立
    2.1 引言
    2.2 计算区域及模型的设置
    2.3 数值模拟相关理论
    2.4 PIC-IFE-MCC模拟方法简介
        2.4.1 整体介绍
        2.4.2 初始粒子条件与粒子的运动方程
        2.4.3 碰撞分析
        2.4.4 电荷分配与电场求解
    2.5 本章小结
第3章 负氢离子源数值模拟初始设置与验证
    3.1 引言
    3.2 无量纲化参考量选择
    3.3 计算区域及参数设置
        3.3.1 模型无量纲化设置
        3.3.2 网格设置与时间步长设置
    3.4 初始模拟结果验证比对
    3.5 本章小结
第4章 负氢离子源引出过程的数值模拟
    4.1 引言
    4.2 无碰撞过程模拟研究
        4.2.1 电势的求解
        4.2.2 粒子分布状况
        4.2.3 引出电子的电流
    4.3 碰撞结果及分析
    4.4 本章小结
第5章 引出栅极热负载和半月板分析
    5.1 引言
    5.2 热负载的分析
        5.2.1 热负载的分布位置
        5.2.2 热负载大小计算
    5.3 引出栅极电势对半月板的影响
    5.4 本章小结
结论
参考文献
致谢



本文编号：3863785