HL-2A装置上喷气成像诊断系统的研制及边缘等离子体涨落空间演化的研究
发布时间：2021-10-12 09:45
托卡马克装置中边缘和刮削层区域的等离子体输运是当前核聚变等离子体物理研究的重要课题。输运水平远高于经典理论和新经典理论预测值的反常输运导致严重的粒子、热流损失,限制了等离子体的整体约束水平,同时为托卡马克等环形磁约束装置的第一壁和偏滤器带来严重的热负荷甚至损坏。实验、理论和数值模拟研究证明边缘等离子体微观不稳定性引发的湍流是导致反常输运现象的主要原因,而由湍流经自组织过程发展形成的等离子体丝状结构等较大尺度的相干结构使湍性输运表现出明显的阵发性特征。在1982年于ASDEX装置上首次发现的高约束模式（H模）中,边缘区域的湍性输运被有效抑制,等离子体约束状态显著提升。H模也因此被选作为在建的国际热核聚变堆乃至将来的核聚变电站的首选运行模式。但随后的研究发现,H模放电多伴有边缘局域模出现,具有与等离子体丝状结构相似的大尺度、阵发性特征。强烈的边缘局域模爆发会对第一壁和偏滤器造成严重的烧蚀、损坏等问题,而通过改进放电条件或使用多种主动控制手段可有效改变边缘局域模的爆发频率和强度,并将边缘局域模可控地用于引出等离子体热流和排出等离子体中积聚的杂质。由于托卡马克装置中具有较强的环向磁场,上述等离...
【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】：122 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图１．２．１不同聚变反应在不同温度下的反应率（反应截面ｃｒｘ粒子速度ｖ）??［来源：Ｗｉｋｉｐｅｄｉａ?ｈｔｔｐｓ：／／ｅｎ．ｗｉｋｉｐｅｄｉａ．ｏｒｇ／ｗｉｋｉ／Ｎｕｃｌｅａｒ?ｆｕｓｉｏｎｌ〇??
家Ｊ．Ｄ．?Ｌａｗｓｏｎ提出了一个用于衡量聚变反应能否发生??并自持进行的判别方法，并于１９５７年公开发表［１］，后被称为劳逊判据（Ｌａｗｓｏｎ??ｃｒｉｔｅｒｉｏｎ）。劳逊判据考虑：核聚变燃料发生反应产生的能量超过向外损失的能量，??且产生的能量中有足够多的能量被系统吸收用于维持高温条件从而使反应持续??进行，即可认为“点火成功”。最初的劳逊判据仅考虑在一定温度下，反应率Ｒ与??等离子体（电子）密度＼和能量约束时间乘积的关系，并可据此得出能够实现??净能量产出的所需的最小乘积值，如图１．２．２所示。??ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ?［ｋｅＶ］??２４１０°?１０１?１０２?１０３??，１０??Ｓｉ?１０２３?＼?＾?一?Ｄ－Ｄ?－??＊?＼?一?Ｄ－Ｈｅ３??？：：：＼＾??１０２０?＾?Ｌｉ?＾?＼??１０１?１０ｚ?１０Ｊ?１０??ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ?［ｍｉｌｌｉｏｎ?Ｋｅｌｖｉｎ］??图１．２．２三种聚变反应在不同温度下维持反应所需的最小值??［来源：Ｗｉｋｉｐｅｄｉａ?ｈｔｔｐｓ：／／ｅｎ．ｗｉｋｉｐｅｄｉａ．ｏｒｇ／ｗｉｋｉ／Ｌａｗｓｏｎ?ｃｒｉｔｅｒｉｏｎ１〇??其中，能量约束时间的定义为，??＝?（１－２－７）??ｒｌ〇ＳＳ??Ｗ是等离子体总储能，６。？则是对应的储能损失功率。??随后的研宄则认为综合考虑等离子体密度ｎ、能量约束时间和等离子体温??度Ｔ三者的乘积？１７＞￡更适合作为判断依据。??由图１．２．３可见，对于最容易实现的Ｄ－Ｔ反应，较为适宜的温度区间为ｌＯｆｅＫ??－２０心厂，在Ｔ＝１４ｆｅＰ有最小值，ｎｒｒ￡２?３ｘｌ０２１ｆｃｅｌ＾ｍ－３．ｓ。为使三乘积能??
?引目???ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ?［ｋｅＶ］??４ｌ〇°?１０１?１０２?１０３??＾?ｘ?＼?ｙ＼￣￣?ＤＴ?Ｉ．??＾?一?Ｄ－Ｈｅ３??１〇１０１?１０２?１０３?１０４??ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ?［ｍｉｌｌｉｏｎ?Ｋｅｌｖｉｎ］??图１．２．３三种聚变反应在不同温度下维持反应所需的最小＼７￡７值??［来源：Ｗｉｋｉｐｅｄｉａ?ｈｔｔｐｓ：／／ｅｎ．ｗｉｋｉｐｅｄｉａ．ｏｒｇ／ｗｉｋｉ／Ｌａｗｓｏｎ?ｃｒｉｔｅｒｉｏｎｌ。??束在一定空间内做随机热运动，利用原子核热运动碰撞克服库仑斥力发生聚变反??应。理论上磁约束核聚变可以在稳定的磁场中持续进行并源源不断地产生能量，??人类也因此在数十年内对磁约束核聚变开展了非常深入的研宄，并认为磁约束核??聚变是最有希望实现可控核聚变能源应用的技术路线。??人类对磁约束核聚变研宄自１９４０年代开始，经过几十年探索，发展了多种??磁约束等离子体装置，主要有托卡马克（Ｔｏｋａｍａｋ）、仿星器（Ｓｔｅｌｌａｒａｔｏｒ）、球马??克（Ｓｐｈｅｒｏｍａｋ）、反场箍缩（Ｒｅｖｅｒｓｅｄ?ｆｉｅｌｄ?ｐｉｎｃｈ，ＲＦＰ）装置等具有闭合磁场位??形的装置，以及具有开端磁场位形的磁镜（Ｍａｇｎｅｔｉｃｍｉｒｒｏｒ）装置等类型。其中，??托卡马克装置因其最早实现了等离子体密度、温度和约束时间的突破，最为受重??视也发展最快，先后于１９８２年在ＡＳＤＥＸ装置实现了高约束运行模式［Ｉ?１９９１??年在ＪＥＴ装置上开展Ｄ－Ｔ反应实验并产生了?１．７ＭＷ聚变功率［３］，１９９３年在ＴＦＴＲ??装置上实现了?６．２ＭＷ的Ｄ－Ｔ反应功率并随后进一步提升到１０．７ＭＷ［４，５］，１９９
本文编号：3432335
【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】：122 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图１．２．１不同聚变反应在不同温度下的反应率（反应截面ｃｒｘ粒子速度ｖ）??［来源：Ｗｉｋｉｐｅｄｉａ?ｈｔｔｐｓ：／／ｅｎ．ｗｉｋｉｐｅｄｉａ．ｏｒｇ／ｗｉｋｉ／Ｎｕｃｌｅａｒ?ｆｕｓｉｏｎｌ〇??
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