托卡马克中电阻性撕裂模的数值模拟

发布时间：2024-04-20 06:02

　　在能源危机逐渐凸显的今天,可控的核聚变能因其储量大、安全清洁等特点,成为人类研究开发替代能源的重要方向。以托卡马克为代表的磁约束装置被看作是最具有希望实现这一目标的重要途径。在托卡马克中,撕裂模(新经典撕裂模)不稳定性,能改变磁场拓扑结构,破坏磁场冻结效应,从而影响粒子和能量约束,最终引起稳态运行的崩塌,被看成是最危险的不稳定性之一。撕裂模(新经典撕裂模)不稳定性本身,又受到微观湍流、新经典输运、宏观磁流体力学不稳定性和快离子输运等一系列物理机制的综合影响。由于其多时空尺度多过程的特点,理论研究非常困难,从第一性原理出发的集成自洽模拟,成为重要的研究手段。在此目标前提下,我们开展了撕裂模的模拟,静态磁岛的模拟等一系列阶段性研究工作。首先,我们回顾了回旋动理学的理论,并简要介绍了基于回旋动理学理论发展起来的回旋动理学环向程序(GTC)。在GTC程序的电磁理论模型中,采用的混合模型天然地去掉了产生撕裂模的物理机制。我们利用平行方向的电子力平衡方程将其重新囊括并导出新的理论模型,并基于此编写了相关功能扩展代码并调试编译通过。之后,我们运用了最新开发的大型并行particle-in-cell ...

【文章页数】：83 页

【学位级别】：博士

【部分图文】：

图1.1ITER示意图

???第一章绪论???聚变（Ｍａｇｎｅｔｉｃ?ｃｏｎｆｉｎｅｍｅｎｔ?ｆｕｓｉｏｎ）。惯性约束是利用粒子自身惯性，在其相互飞尚之則，??迅速将燃料加热压缩到聚变条件，从而实现核聚变，目前以激光驱动最有前景。磁约束聚变??是利用强磁场将高温低密度燃料约束足够长时间，从而实现核聚变反....

图１．３所７Ｋ，在整个ｘ－ｙ平面内，??存在ｙ方向的平衡磁场，该磁场具有ｘ方向的梯度，并在原点处反转方向

ｉ??ＭＪ：??图１．２礎岛７Ｋ意图??ｋｐ??；?！??Ｔ?Ｉ?＼?ｊ??ｌＢ？ｙ?１％?Ｗ??＂ｄ）?ＷＣ＂??Ｊ８！ｙ?￣７＜??Ｉ?．?｜??Ｈ￣Ｌｏｙｅｒ?—??图１．３线性撕裂模的一阶场和流的特性??４??

图1.4x型中性点处的磁场重联

方向（纸面向外）的扰动电场，由于有限电阻的存在，改扰动电场可以产生一个ｚ方向扰动??电流，而该扰动电流通过洛伦兹力又可以产生ｘ方向的流（ｆｌｏｗ）。这个扰动电流和扰动流??又可以通过广义欧姆定律产生新的ｚ方向的扰动电场，进而感应出新的扰动磁场Ｂ＇ｌｘ，如果??Ｂ＇ｌｘ随时间增加，....

图２．１等离子体的时间和空间尺度??回旋动理学用回旋定标尺：??

第二章ＧＴＣ概述??２．１引言??在托卡马克装置中，等离子体存在着有很大范围跨度的时间和空间尺度，如图２．１所示，??电流扩散时间与电子回旋时间相差了?１１个数量级，德拜长度与平行方向输运的特征长度也??相差了将近８个数量级。以单粒子为例，在托卡马克中就有可能存在以下几种尺度的运....

本文编号：3958988