偏滤器热沉积宽度的实验与模拟研究
发布时间：2021-05-31 18:03
托卡马克磁约束核聚变被认为是最有可能让人类实现和平利用核聚变能的一种方式。对于未来托卡马克装置而言,如何将聚变反应所产生的能量安全有效地排出将是一个巨大的挑战。偏滤器作为托卡马克装置中主要的热沉积部件,势必承受着巨大的热负荷。尽管目前包括EAST在内的很多托卡马克装置都相继把偏滤器靶板材料由碳材料升级成了更为耐热腐蚀的钨材料,但对于未来反应堆而言,其偏滤器靶板所承受的来自聚变反应的热流将远比当前正在运行中的托卡马克的偏滤器所承受的热流要高。大量高温等离子体沉积到偏滤器靶板上对靶板材料的腐蚀是无法避免的,因此能否解决偏滤器靶板的热负荷过大问题将在一定程度上决定着托卡马克磁约束聚变的未来前景。目前来说,解决偏滤器靶板热负荷的方式主要有几种。第一种方式是通过注入杂质来增加刮削层（SOL）以及偏滤器区域的辐射。通过辐射的方式使得大量能量能够更均匀地分布于第一壁和偏滤器靶板从而降低了打击到偏滤器靶板的热流。然而这种方式可能会影响到等离子体芯部的约束性能,因为可能会有少量的杂质粒子进入芯部,从而增加了芯部的辐射而导致芯部约束性能降低。另一种方式就是通过增加刮削层粒子流和热流打击到偏滤器靶板的接触面...
【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】：150 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图１．１不同核素的平均结合能分布曲线［２］??尽管目前核裂变技术己经非常成熟并且被广泛应用于各类核电站中，但核??
?第１章绪?论???Ｄ?＋?Ｔ?—＞？?４Ｈｅ?（３．５２?ＭｅＶ）?＋?ｎ?（１４．０６?ＭｅＶ）??Ｄ?＋?３Ｈｅ?—？?４Ｈｅ?（３．６?ＭｅＶ）?＋?Ｈ?（１４．７?ＭｅＶ）??上述表达式中的ｎ代表中子。这几类核聚变反应的产物与所释放的能量各??不相同，发生核反应的反应截面也各不相同。反应截面是表征反应物之间发生??核反应的概率大小的物理量。图１．２展示了几类常见核反应的反应截面与粒子能??量关系曲线图丨３］。可以看到，氘氚聚变的反应截面相对来说是最大且阈值能量??是最小的，因而也是最有希望被应用于未来聚变反应堆的核聚变方式。??［Ｉ?［?ｆ?１?Ｔ?￣?Ｉ??５?ｉ〇２?＾＾＝＝＝＝＝＝?＝＝＝＝＝＝??匕戀＿１：＿麵圓??；一￣ｒ：三三三三ＥＥｉ＾ＥＥＥ：?ｐ－ｐ??＝＝±￡?：３＝３／：：Ｅ＾：：：ｔ：＝＝ｔ—ｄ－ｔ??７?Ｔｒ?７?ｊ?了?一〇－ｈ？３??＝?Ｅ＾ｉｐＥ｜Ｅ－：：＾＾ＥＥ－＝＾ｐ．Ｂｎ??．－ｎｉｉｉｙ—丨＃??°?１?１０?１００?１０００?１０，０００??Ｉｎｃｉｄｅｎｔ?Ｐａｒｔｉｄ？?Ｋｉｎｅｔｉｃ?Ｅｎｅｒｇｙ?（ｋｅＶ）??图１．２几类基本核聚变反应的反应截面与粒子能量关系曲线图［３］??尽管早在上世纪五十年代，以核聚变为基础的热核武器就被世界各大国争??相研发出来，然而热核武器中的核聚变反应是不受控制的。由于核聚变反应的??条件严苛，需要在极高的温度下才能发生，因而时至今日受控核聚变技术仍然??没有被人类完全掌握。目前最有希望实现受控核聚变的方式主要有两种，即惯??性约束核聚变与磁约束核聚变。惯性约束核聚变是通过驱动器提供能量使靶丸??３??
?第１章绪?论???产生，并且该装置完全是通过外加的极向场线圈以及固定的纵场线圈来约束内??部等离子体的［８］。因为其并不需要通过自身等离子体的电流所产生的极向场来??对等离子体本身进行约束，所以该装置可以在不产生等离子体电流的情况下运??行，因此可以避免很多由等离子体电流分布因素而带来的一系列不稳定性。该??类装置在螺旋绕组以及外部磁场线圈等部件合理精细安装的情况下可以相对容??易地对等离子体进行约束控制。我国目前在仿星器研究方面还处于空白阶段，??南华大学目前正在洽谈引进一个来自澳大利亚的仿星器装置，相信这将打开我??国在仿星器研究领域的新篇章。??图１．３德国Ｗｅｎｄｅｌｓｔｅｉｎ７－Ｘ仿星器内部结构图??相对于仿星器装置的复杂结构而言，另一类磁约束核聚变装置托卡马克，??因其在工程设计与建造上相对简单，建造成本相对较低而成为了全世界磁约束??核聚变研究的焦点。托卡马克装置对于磁场控制的要求相对简单，并且可以较??容易地获得稳态长脉冲等离子体放电，因而被聚变界普遍认为是最有可能实现??人类和平利用核聚变能的聚变方式。目前我国参与的最大的国际科技研究合作??项目－国际热核聚变实验堆（ＩＴＥＲ）计划即是基于托卡马克磁约束聚变的跨国聚??变研宄合作项目［９］。??５??
【参考文献】：
期刊论文
[1]CFETR物理与工程研究进展[J]. 高翔,万宝年,宋云涛,李建刚,万元熙. 中国科学:物理学 力学 天文学. 2019(04)
[2]可控核聚变科学技术前沿问题和进展[J]. 高翔,万元熙,丁宁,彭先觉. 中国工程科学. 2018(03)
[3]Modeling of divertor power footprint widths on EAST by SOLPS5.0/B2.5-Eirene[J]. 邓国忠,刘晓菊,王亮,刘少承,许吉禅,冯威,刘建斌,刘欢,高翔. Plasma Science and Technology. 2017(04)
[4]Achieving temporary divertor plasma detachment with MARFE events by pellet injection in the EAST superconducting tokamak[J]. 邓国忠,王亮,刘晓菊,段艳敏,胡建生,李长征,张凌,刘少承,汪惠乾,陈良,许吉禅,冯威,刘建斌,刘欢,徐国盛,郭后扬,高翔. Plasma Science and Technology. 2017(01)
[5]Integrated Operating Scenario to Achieve 100-Second,High Electron Temperature Discharge on EAST[J]. 钱金平,龚先祖,万宝年,刘甫坤,王茂,徐旵东,胡纯栋,王亮,李二众,曾龙,提昂,沈飚,林士耀,邵林明,臧庆,刘海庆,张斌,孙有文,徐国盛,梁云峰,肖炳甲,胡立群,李建刚. Plasma Science and Technology. 2016(05)
[6]惯性约束聚变研究进展和展望[J]. 贺贤土. 核科学与工程. 2000(03)
本文编号：3208712
【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】：150 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图１．１不同核素的平均结合能分布曲线［２］??尽管目前核裂变技术己经非常成熟并且被广泛应用于各类核电站中，但核??
?第１章绪?论???Ｄ?＋?Ｔ?—＞？?４Ｈｅ?（３．５２?ＭｅＶ）?＋?ｎ?（１４．０６?ＭｅＶ）??Ｄ?＋?３Ｈｅ?—？?４Ｈｅ?（３．６?ＭｅＶ）?＋?Ｈ?（１４．７?ＭｅＶ）??上述表达式中的ｎ代表中子。这几类核聚变反应的产物与所释放的能量各??不相同，发生核反应的反应截面也各不相同。反应截面是表征反应物之间发生??核反应的概率大小的物理量。图１．２展示了几类常见核反应的反应截面与粒子能??量关系曲线图丨３］。可以看到，氘氚聚变的反应截面相对来说是最大且阈值能量??是最小的，因而也是最有希望被应用于未来聚变反应堆的核聚变方式。??［Ｉ?［?ｆ?１?Ｔ?￣?Ｉ??５?ｉ〇２?＾＾＝＝＝＝＝＝?＝＝＝＝＝＝??匕戀＿１：＿麵圓??；一￣ｒ：三三三三ＥＥｉ＾ＥＥＥ：?ｐ－ｐ??＝＝±￡?：３＝３／：：Ｅ＾：：：ｔ：＝＝ｔ—ｄ－ｔ??７?Ｔｒ?７?ｊ?了?一〇－ｈ？３??＝?Ｅ＾ｉｐＥ｜Ｅ－：：＾＾ＥＥ－＝＾ｐ．Ｂｎ??．－ｎｉｉｉｙ—丨＃??°?１?１０?１００?１０００?１０，０００??Ｉｎｃｉｄｅｎｔ?Ｐａｒｔｉｄ？?Ｋｉｎｅｔｉｃ?Ｅｎｅｒｇｙ?（ｋｅＶ）??图１．２几类基本核聚变反应的反应截面与粒子能量关系曲线图［３］??尽管早在上世纪五十年代，以核聚变为基础的热核武器就被世界各大国争??相研发出来，然而热核武器中的核聚变反应是不受控制的。由于核聚变反应的??条件严苛，需要在极高的温度下才能发生，因而时至今日受控核聚变技术仍然??没有被人类完全掌握。目前最有希望实现受控核聚变的方式主要有两种，即惯??性约束核聚变与磁约束核聚变。惯性约束核聚变是通过驱动器提供能量使靶丸??３??
?第１章绪?论???产生，并且该装置完全是通过外加的极向场线圈以及固定的纵场线圈来约束内??部等离子体的［８］。因为其并不需要通过自身等离子体的电流所产生的极向场来??对等离子体本身进行约束，所以该装置可以在不产生等离子体电流的情况下运??行，因此可以避免很多由等离子体电流分布因素而带来的一系列不稳定性。该??类装置在螺旋绕组以及外部磁场线圈等部件合理精细安装的情况下可以相对容??易地对等离子体进行约束控制。我国目前在仿星器研究方面还处于空白阶段，??南华大学目前正在洽谈引进一个来自澳大利亚的仿星器装置，相信这将打开我??国在仿星器研究领域的新篇章。??图１．３德国Ｗｅｎｄｅｌｓｔｅｉｎ７－Ｘ仿星器内部结构图??相对于仿星器装置的复杂结构而言，另一类磁约束核聚变装置托卡马克，??因其在工程设计与建造上相对简单，建造成本相对较低而成为了全世界磁约束??核聚变研究的焦点。托卡马克装置对于磁场控制的要求相对简单，并且可以较??容易地获得稳态长脉冲等离子体放电，因而被聚变界普遍认为是最有可能实现??人类和平利用核聚变能的聚变方式。目前我国参与的最大的国际科技研究合作??项目－国际热核聚变实验堆（ＩＴＥＲ）计划即是基于托卡马克磁约束聚变的跨国聚??变研宄合作项目［９］。??５??
【参考文献】：
期刊论文
[1]CFETR物理与工程研究进展[J]. 高翔,万宝年,宋云涛,李建刚,万元熙. 中国科学:物理学 力学 天文学. 2019(04)
[2]可控核聚变科学技术前沿问题和进展[J]. 高翔,万元熙,丁宁,彭先觉. 中国工程科学. 2018(03)
[3]Modeling of divertor power footprint widths on EAST by SOLPS5.0/B2.5-Eirene[J]. 邓国忠,刘晓菊,王亮,刘少承,许吉禅,冯威,刘建斌,刘欢,高翔. Plasma Science and Technology. 2017(04)
[4]Achieving temporary divertor plasma detachment with MARFE events by pellet injection in the EAST superconducting tokamak[J]. 邓国忠,王亮,刘晓菊,段艳敏,胡建生,李长征,张凌,刘少承,汪惠乾,陈良,许吉禅,冯威,刘建斌,刘欢,徐国盛,郭后扬,高翔. Plasma Science and Technology. 2017(01)
[5]Integrated Operating Scenario to Achieve 100-Second,High Electron Temperature Discharge on EAST[J]. 钱金平,龚先祖,万宝年,刘甫坤,王茂,徐旵东,胡纯栋,王亮,李二众,曾龙,提昂,沈飚,林士耀,邵林明,臧庆,刘海庆,张斌,孙有文,徐国盛,梁云峰,肖炳甲,胡立群,李建刚. Plasma Science and Technology. 2016(05)
[6]惯性约束聚变研究进展和展望[J]. 贺贤土. 核科学与工程. 2000(03)
本文编号：3208712
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