CFETR中弹丸深度加料及其对氚燃烧率的影响

发布时间：2021-01-09 10:16

　　实现氚自持是中国聚变工程试验堆（CFETR）的核心目标之一,为了实现氚自持,CFETR的设计要求氚燃烧率大于3%,同时要确保1GW的聚变输出功率。本文应用OMFIT框架下的集成模拟工作流STEP评估了为同时达到上述两个目标,所需的弹丸加料参数。为此,需要基于弹丸消融和沉积物理模型准确计算弹丸的消融率和沉积剖面。本文基于Parks发展的最新消融模型给出的消融率定标率计算弹丸消融率,并对其进行了改进,包含了磁场对消融率的影响。模型预测CFETR的强磁场环境能大大降低弹丸消融率,增大穿透深度。本文发展了面源沉积模型,解决了现在通用的点源沉积模型在切向注入时的奇异性问题,并将模型推广到了任意注入角度的一般情形,从而适合计算任意弹丸注入位形下的沉积密度剖面。基于Parks等人计算消融云横跨磁场漂移距离的1维压力弛豫的拉格朗日流体模型,本文发展了更适合实时预测的0.5维约化跨场漂移模型。模型预测结果和DⅢ-D实验中的弹丸沉积剖面能够较好符合。对CFETR等离子体中弹丸注入位置的扫描结果表明,HFS中平面注入弹丸对实现深度加料最为有利。将面源沉积模型和0.5维约化跨场漂移模型应用在弹丸消融、沉积程序... 

【文章来源】：中国科学技术大学安徽省 211工程院校 985工程院校

【文章页数】：95 页

【学位级别】：博士

【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
    1.1 磁约束核聚变
    1.2 中国聚变工程试验堆（CFETR）
    1.3 氚自持
    1.4 氚燃烧率及其与加料的关系
    1.5 弹丸加料
        1.5.1 弹丸加料概述
        1.5.2 弹丸消融
        1.5.3 弹丸消融后的粒子沉积
    1.6 本文主要研究内容及安排
第2章 弹丸消融粒子面源沉积模型
    2.1 点源沉积模型的奇异性问题
    2.2 面源沉积模型发展
        2.2.1 切向注入情形
        2.2.2 任意注入角度下的一般情形
    2.3 面源沉积模型和点源沉积模型结果对比
    2.4 弹丸消融、沉积程序PAM发展
        2.4.1 PAM介绍
        2.4.2 程序结构
        2.4.3 GUI
        2.4.4 PAM中的弹丸消融模型
        2.4.5 PAM中的粒子沉积模型
    2.5 应用面源模型计算CFETR等离子体中弹丸沉积密度剖面
    2.6 本章小结
第3章 弹丸消融粒子跨场漂移模型
    3.1 消融粒子跨场漂移概述
    3.2 0.5维约化跨场漂移模型
    3.3 模型计算结果与DⅢ-D实验结果对比
    3.4 基于0.5维约化跨场漂移模型预测CFETR等离子体中弹丸加料深度
        3.4.1 弹丸注入位置对加料深度的影响
        3.4.2 弹丸注入速度对加料深度的影响
        3.4.3 包壳弹丸的加料深度
    3.5 本章小结
第4章 集成模拟评估CFETR所需的弹丸加料参数
    4.1 集成模拟工作流STEP介绍
    4.2 CFETR提高氚燃烧率的方法
    4.3 评估为实现1GW聚变功率、3%氚燃烧率所需的弹丸加料参数
        4.3.1 加料深度、粒子约束时间、聚变功率和氚燃烧率的关系
        4.3.2 不包含消融粒子跨场漂移效应的结果
        4.3.3 包含消融粒子跨场漂移效应时包壳弹丸的结果
    4.4 提高弹丸加料深度和效率的探讨
        4.4.1 提高弹丸注入速度
        4.4.2 中心是氚、外面是氘、外壳是铍或碳的夹心弹丸
    4.5 本章小结
第5章 总结与展望
    5.1 总结
    5.2 未来展望
参考文献
致谢
在读期间发表的学术论文与取得的其他研究成果


【参考文献】：
期刊论文
[1]托卡马克研究的现状及发展[J]. 李建刚.  物理. 2016(02)
[2]Interaction of Impurity （Li, Be, B and C） and Hydrogen Isotope Pellet Injection with Reactor-relevant Plasmas[J]. 邓柏权,J.P.Allain,彭利林,王晓宇,陈志,严建成.  Plasma Science & Technology. 2005(01)



本文编号：2966455