先进磁镜装置中径向电场对高能粒子约束性能的研究

发布时间：2024-12-01 07:24

　　本论文通过单粒子模拟探究了径向电场对洛克希德马丁公司提出的先进紧凑型磁镜装置(Compact Fusion Reactor,CFR)中粒子约束性能的影响。磁约束装置中的径向电场对高能粒子的约束性能起着至关重要的作用,通过施加径向电场改变高能粒子的平行速度,从而影响高能粒子在磁约束装置中的运动情况,降低粒子损失率。论文从毕奥-萨法尔定律出发,严格推导出由多个半径和电流方向不同的共轴电流线圈组成的先进紧凑型磁镜装置CFR的磁场模型。单粒子在电磁场中的漂移运动和绝热不变量对粒子轨道具有重要影响,精确研究单粒子运动轨迹有助于对CFR装置内高能量粒子的约束情况进行系统的评估。研究过程中,我们使用了四阶龙格-库塔算法(Fouth-order Runge-Kutta,RK4)和Boris算法两种不同的数值算法来推动粒子的轨道方程。四阶龙格-库塔算法能够在短时间内很好地数值求解粒子在电磁场中的运动方程,模拟粒子运动轨迹,但该方法在推动过程中粒子能量误差会随模拟时间的积累不断增大,导致轨迹失真明显。与RK4方法不同的是,新发展的Boris算法可以严格地保证高能量粒子在没有径向电场的情况下的能量守恒,即使在...

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【学位级别】：硕士

【部分图文】：

图1.1托卡马克装置

先进磁镜装置中径向电场对高能粒子约束性能的研究21.1.1托卡马克装置二十世纪五十年代前苏联科学家伊戈尔·塔姆，安德烈·萨哈罗夫，和列夫·阿齐莫维齐等人发明了托卡马克装置(Tokamak)，如图1.1所示。[3,6,7]它主要由环向磁场线圈、平衡磁场线圈、欧姆变压器、真空室及抽气....

图1.2仿星器Figure1.2stellarator

西华大学硕士毕业论文3所示。图1.2仿星器Figure1.2stellarator仿星器的工艺复杂，加工和安装的精确度要求也比较高。但是由于其极向场是由外线圈决定的，物理上比托卡马克更为简单。它不存在环形等离子体电流引发的问题，如等离子体破裂；还具有长时间稳态运行，不受格林沃德密....

图1.3KAMX结构示意图

只是研究基础等离子体特性的实验装置，而是可以作为聚变中子源和聚变反应的核反应堆，Post提出了采用全轴对称的动力学稳定的级联磁镜作为磁镜聚变反应堆并获得了广泛的认可。[30–33]迄今，磁镜装置作为主要的线型聚变装置发展十分迅速。中国最大的串列磁镜装置KMAX(KedaMirro....

图1.4CFR装置(a)构造；(b)等离子体分布；Fig.1.4(a)ThestructureofCFRmachine;(b)PlasmadistributioninCFR洛克希德马丁公司臭鼬工厂于2014年便公布了其核聚变项目的相关进展，由航空工程师托马斯·麦圭尔负责的CFR装置研发项目(T4项目)取得了长足的进步

先进磁镜装置中径向电场对高能粒子约束性能的研究6图1.4CFR装置(a)构造；(b)等离子体分布；Fig.1.4(a)ThestructureofCFRmachine;(b)PlasmadistributioninCFR洛克希德马丁公司臭鼬工厂于2014年便公布了其核聚变项目的相....

本文编号：4013754