导读:本文包含了托卡马克等离子体论文开题报告文献综述、选题提纲参考文献及外文文献翻译，主要关键词:马克,等离子体,电流,滤器,偏压,湍流,聚变。
托卡马克等离子体论文文献综述
吴鼎[1]（2019）在《纳秒激光烧蚀托卡马克装置高z壁材料等离子体动力学演化诊断研究》一文中研究指出激光诱导击穿光谱(Laser-induced breakdown spectroscopy,LIBS)技术目前己应用于EAST托卡马克的第一壁元素原位在线诊断,包括壁的锂化、杂质沉积、等离子体燃料滞留等多种等离子体与壁相互作用(Plasma Wall Interaction,PWI)过程。目前基于LIBS技术对面向等离子体材料(Plasma Facing Materilas,PFMs)的诊断,尤其是原位在线的诊断仍处于定性分析阶段,LIBS精确定量分析是其目前的主要挑战。实现准确定量分析的一个关键因素是对激光烧蚀以及激光等离子体在不同条件下动力学行为的深入理解,从而为建立合适的具有准确物理意义的定量模型提供实验和理论支撑。针对LIBS诊断PWI技术瓶颈,为最终实现准确定量分析奠定实验和理论基础,本文开展开了对纳秒激光烧蚀高Z壁材料等离子体动力学演化基本物理过程的细致研究工作。研究手段包括光谱、快速成像和质谱叁种方法,对等离子体羽辉、等离子体中瞬态电子、原子、一价离子和多电荷态离子在不同条件下的动力学演化进行了研究分析,具体内容如下:第二章,研究了在高真空条件下等离子体辐射从纳秒到微秒跨越3个量级的时间尺度演化特性。研究发现,在高真空环境下激光烧蚀产生的钨(W)等离子体演化的不同阶段中,多种辐射机制存在:连续背景辐射主导时间段为10-100 ns,离子谱线主导时间段为60-300 ns,原子谱线主导时间段为100-800 ns。测量发现获得最优分立光谱信号的探测门延迟时间应在100 ns。在100 ns时,W等离子体中电子密度可达4×1017 Cm-3,电子温度可达1.3 eV,且随着等离子体膨胀不断降低。发现激光诱导W等离子体产生初期200 ns以内,等离子体电离率在90%以上。第叁章,细致研究了环境气压(真空到大气压)、外加磁场对激光诱导等离子体光谱发射以及等离子体羽辉膨胀动力学演化过程的影响。在3.5×10-5 mbar到大气压的范围内,W等离子体的连续背景辐射、离子谱线、原子谱线强度均在0.1 mbar开始明显增强,并且连续背景辐射强度随着气压升高呈现单调递增的趋势,而离子谱线和原子谱线强度在几十mbar气压下取得最大值。连续背景辐射到达峰值的时刻(约25 ns)几乎不随气压发生明显变化。离子谱线和原子谱线强度对应峰值时刻则随着气压增加而滞后。快速成像实验结果表明在1 mbar左右,等离子体形状最规则,而光谱信号质量也在lmbar最高。随着环境气压增加,环境气体的约束作用导致等离子体尺寸变小,等离子体的电子温度和电子密度随着气压升高而增加,等离子体发光时间变长。在环境气体作用下,等离子体羽辉呈现复杂特征,如等离子体羽辉约束,等离子体分裂,冲击波变形等。在高真空及磁场环境下,连续背景辐射几乎不受磁场影响,W离子和原子谱线强度则分别在200 ns、400 ns之后被磁场显着增强,并且发现磁场使得W离子和W原子输运速度分别降为原来1/4和1/2。快速成像表明磁场使等离子体的膨胀速度降为原来的近1/3。与无磁场的情况相比,光谱发射的增强与有磁场时更高的电子密度和电子温度有关。第四章,研究了激光诱导等离子体中的“瞬态电子”、一价离子和原子在不同气压下的时空动力学演化行为。实验结果发现,随着环境气压升高,从0.1 mbar开始出现了两个截然不同的过程:“快过程”(<50 ns)和“慢过程”(>100 ns)。“快过程”对应激光烧蚀过程中产生的“瞬态电子”对环境气体的碰撞激发和电离的辐射;“慢过程”对应激光烧蚀产生的主等离子体的形成和扩张。在0.1 mbar到大气压范围内,激光诱导W等离子体产生的“瞬态电子”能量可超过20 eV。利用时空分辨光谱和快速成像技术,细致研究了纳秒激光诱导W等离子体中“瞬态电子”、一价离子和原子以及等离子体羽的时空演化动力学过程。研究发现10 mbar下,激光诱导W等离子体过程呈现四个时间尺度:瞬态电子发射、连续辐射、离子辐射和原子辐射,对应时间尺度分别为1-20 ns,10-100 ns,50-1000 ns和100-2000 ns。发现了“瞬态电子”的半球状分布特征以及“瞬态电子”和离子之间的空间分离现象,证明靶材表面烧蚀区域附近“瞬态等离子体鞘层”的存在。第五章,采用光谱和质谱方法对激光诱导高Z材料W和Mo等离子体中原子、一价离子和多电荷态离子开展了详细的诊断研究。重点利用飞行时间质谱研究了激光烧蚀等离子体中多电荷态离子的动力学特性。系统地研究了不同激光功率密度下多电荷离子的电荷态分布,时间演化以及多电荷态离子的空间分布,多电荷态离子的速度和能量分布。对多电荷态离子的产生机理,离子加速机制进行了探讨。结果表明纳秒激光烧蚀高Z材料,诱导产生的W和Mo等离子体中不仅存在原子和一价离子,还存在多电荷态离子,价态可高达7价。多电荷态离子的时间演化遵循Shifted-Maxwell Boltzmann(SMB)分布。多电荷态离子在膨胀过程中的速度与电荷态呈正相关,即电荷态越高速度越快。随着激光功率密度的增加,出现的电荷态数目随之增加,离子速度和能量也不断升高,并且每个电荷态离子的出现对应不同的激光功率密度阂值,并发现激光功率密度增加时,离子能量饱和现象。发现多电荷态离子的产生是由于在激光等离子体相互作用过程中等离子体屏蔽和吸收引起的逐步电离过程。多电荷态离子的加速机制归因于激光烧蚀过程中“瞬态等离子体鞘层”的加速作用。基于Saha电离平衡方程,推测在激光功率密度为10GW/Cm2时候等离子体从开始到百纳秒内时间范围,电子密度从约1021 Cm-3迅速下降到1018cm-3,电子温度从约12eV迅速下降到2eV。(本文来源于《大连理工大学》期刊2019-06-04）
徐帅[2]（2019）在《低杂波引起的磁拓扑变化对托卡马克边界等离子体输运的影响》一文中研究指出目前,共振磁扰动技术已经在世界上多个托卡马克装置实验中被证实可以用来控制边界磁流体不稳定性,以及等离子体与壁相互作用。近年来,东方超环(EAST)全超导托卡马克装置实验表明低杂波可以在刮削层区域产生沿着磁力线的螺旋电流丝,从而明显地改变边界磁拓扑结构。这种磁扰动不仅可以被用于缓解边界局域模,还可以用来改善偏滤器靶板上的热流和粒子流分布。在此背景之下,本论文系统地研究了低杂波引起的磁拓扑变化对边界等离子体输运的影响。本文首先简要介绍了磁扰动技术在托卡马克装置中的应用,以及边界等离子体输运程序EMC3-EIRENE的理论模型。EMC3-EIRENE程序由基于叁维边界等离子体流体模型的蒙特卡洛程序EMC3和基于动理学模型的中性粒子输运程序EIRENE耦合而成。通过对该程序计算网格的优化,本文首次模拟了低杂波产生的扰动磁场对叁维边界等离子体电子密度、电子温度和马赫数,以及偏滤器靶板热流和粒子流的影响。模拟结果能够与多种边界实验诊断数据相符合。结果表明,由于平行于磁力线的输运比扩散输运强得多,叁维边界磁拓扑结构能够很明显地反映在等离子体属性中。结合以往实验观测,模拟结果同样支持低杂波引起的螺旋电流丝的电流随着低杂波注入功率的增大而增大。这不仅会通过拓宽边界随机区而加深附加输运通道的渗透深度,而且能够影响靶板热流或粒子流在分裂打击点和原打击点上的比例。同时,叁维模拟还显示,扰动磁场产生的附加输运通道将引起热负荷在不同靶板之间的重新分配。此外,在EAST实验上观测到,利用超声分子束注入技术和低杂波引起的磁扰动能够改变靶板热流和粒子流的叁维分布。为了揭示其背后的物理机制,本文使用EMC3-EIRENE程序首次在模拟上重现了该实验现象,并对其作出了定性的物理解释。在边界等离子体区域,注入的中性粒子的离子化产生的电子和离子将沿着磁通管直接打在偏滤器靶板上,从而导致分裂打击点上的热流和粒子流的进一步升高。结合边界磁拓扑的多体瓣状结构,本文从模拟的角度提出可以通过调节超声分子束的注入位置或者扰动磁场的相位来主动调控靶板的热流和粒子流分布,以均化边界等离子体对靶板的侵蚀,延长偏滤器的使用寿命。(本文来源于《中国科学技术大学》期刊2019-05-20）
程时葵[3]（2019）在《等离子体旋转作用下托卡马克边界局域模不稳定性数值模拟研究》一文中研究指出边界局域模是托卡马克H模放电时发生的周期性边界扰动,这一过程伴随着粒子数和能量往等离子体真空壁上排放,大的边界局域模会对壁材料造成不可修复的损伤。在未来聚变研究装置例如ITER和CFETR中,这种模式需要被抑制住,至少是将其控制在壁材料可以承受的范围内。当前实验中比较常见的是使用中性束注入(NBI)来抑制边界局域模,NBI一方面给等离子体提供粒子源,增加了等离子体密度,另一方面引入的高能粒子会给等离子体带来很大的旋转,探究NBI所引入的这两种变化在控制边界局域模时所起的作用就是我们在本论文中将要重点研究的课题之一。本文地第一个工作是使用完整的非理想磁流体初值程序NIMROD研究了等离子体旋转和等离子体密度对边界局域模的稳定效应。线性模拟结果给出,环向剪切流的幅值,剪切以及流的旋转方向对边界局域模的稳定性都有一定的抑制效果,这些抑制效果在增加等离子体密度也即是提高碰撞率时更加明显。即便如此,不论如何改变环向流和密度的参数,均不能够完全抑制住边界局域模。而在另一部分工作中,我们在环向剪切流作用的基础上引入幅值很小的极向流,发现抑制效果有很大的改善,高-n模式线性增长率几乎变为0。接着,使用NIMROD程序初步模拟了边界局域模爆发前期能流往外排放的过程,不同时刻温度剖面的分布清晰地显示了边界局域模爆发时台基区的垮塌,能流往外排放,芯部约束逐渐下降,且磁面分布演化佐证了“filaments”丝状结构存在的事实,且能量和粒子正是通过这一丝状结构往外排放。当前中国聚变工程实验堆(CFETR)的研发与设计旨在找出合适的平衡参数,而分析这些平衡参数的稳定性是重要课题之一。使用NIMROD程序计算发现,CFETR Upgrade phase-I平衡对于所有的边界局域模均不稳定。对于低-n模式,它们的增长率随着导电壁位置远离等离子体边界而逐渐增大,且最终达理想壁极限值,另一方面,随着导电壁位置靠近等离子体区域,这些模式也逐渐趋于稳定,且不同模式增长率降至0时的壁的位置都不相同,这表明,选择合适的壁的位置将对边界不稳定性有一定的抑制作用。同时,环向流对高-n模式有轻微的致稳作用,这将是CFETR装置抑制ELM的一种可行的方案。(本文来源于《中国科学技术大学》期刊2019-05-01）
阳杰[4]（2019）在《J-TEXT托卡马克边界等离子体叁维分布实验研究》一文中研究指出托卡马克中,环向磁场纹波、磁岛结构和外加磁扰动等都会破坏磁场的环向对称性从而引起叁维磁场效应。已有研究表明,叁维磁场效应会对托卡马克等离子体的约束性能产生很大影响,但其物理机制尚没有统一结论。因此,深入研究叁维磁场效应对等离子体的影响对提升托卡马克的约束性能有着重要意义。本文以J-TEXT托卡马克装置为实验平台,对叁维磁场下边界等离子体的湍流输运展开了实验研究。首先,为满足实验的诊断需求,本文建立了一套限制器靶板静电测量系统。该系统包括限制器极向朗缪尔探针阵列和限制器电流监测系统两个部分。探针阵列是一个矩形阵列,由54根镶嵌在限制器石墨瓦中的探针组成,用于测量等离子体参数。限制器电流监测系统由5个霍尔传感器组成,分别用于监测可移动限制器和南北真空室壁的电流。其次,本文重点研究了两种叁维磁场位形下的湍流输运:等离子体自发产生的动态磁岛和外加静态扰动磁场(RMP)。结果显示,芯部2/1动态磁岛会调制边界的静电涨落,使之具有与磁岛相同的空间模式。静电扰动在径向上有一定的移相现象,表明除了边界磁拓扑的影响,受磁岛调制的湍流输运可能也会影响边界的静电扰动。外加3/1静态RMP的实验表明,RMP电流的幅度和相位都对边界等离子体静电湍流有很大影响。当施加2kA RMP电流,共振面附近的湍流会明显增强,同时该局部的输运水平也相应增加。当RMP电流增大(3/4kA)至穿透形成静态3/1磁岛时,磁岛附近的湍流会有很大变化:湍流的主要成分会由高频变成低频,带状流和测地声模会被抑制,同时阿尔芬本征模相关模被激发。另外,对比X点和O点附近的静电涨落发现,湍流主要集中在X点。同时输运水平也是如此,X点的粒子通量远大于O点,且主要分布在磁岛分界面内侧。该实验表明边界磁岛可以作为改善边界约束的一种手段。(本文来源于《华中科技大学》期刊2019-05-01）
宋泽豹[5]（2019）在《J-TEXT托卡马克偏压电极驱动的刮削层螺旋电流及其对等离子体影响的研究》一文中研究指出核聚变是目前为止最有希望永久解决能源危机的方案之一。在众多的聚变装置之中,托卡马克是运行参数最高、最有希望实现可控核聚变的装置。而在托卡马克等离子体中,边界局域模(ELM)以及撕裂模(TM)等宏观磁流体不稳定性将会降低等离子体约束性能。如果不加以有效控制,甚至会导致等离子体大破裂。外加共振磁扰动场(RMP)被广泛用于控制边界局域模以及撕裂模等宏观磁流体不稳定性。聚变堆中的RMP线圈需要安装在包层材料以外,会受到大量高能量中子的辐照,一旦损坏将难以修复。因此需要探索能应用于聚变堆的灵活、高效的产生RMP的新方法。EAST托卡马克实验发现低杂波可以驱动刮削层中沿着磁力线的螺旋电流,这种螺旋电流改变了边界磁拓扑结构,并有效的抑制了ELM。理论研究发现通过对ITER的偏滤器靶板施加偏压有望提供足够的螺旋电流来控制ELM。目前,国内外均缺乏主动驱动、控制刮削层螺旋电流来产生RMP的实验研究。因此,有必要确认刮削层螺旋电流的存在以及详细研究其是否有为等离子体提供RMP的前景。本文利用J-TEXT托卡马克上已有的一套偏压电极系统,首次对位于刮削层中的电极施加偏压,成功在刮削层中驱动了螺旋电流。通过分析模型计算与实验测量的磁场,发现从电极出发的螺旋电流沿着平行于磁力线的两个方向流动,最终连接到限制器以及真空室导体结构上。因此,螺旋电流的路径取决于电极处的安全因子以及电极与限制器的径向相对位置。螺旋电流大小与电极尺寸、等离子体电流大小呈正相关。实验还发现当电极由远刮削层靠近最外闭合磁面时,螺旋电流的幅值增加。在电极跨越最外闭合磁面向内运动时,螺旋电流的幅值反而减小。详细的实验研究表明偏压驱动的螺旋电流的空间路径以及幅值均可通过改变等离子体参数以及电极参数来主动控制。螺旋电流也可以稳定的存在于等离子体刮削层中并持续作用于等离子体。为了直观理解刮削层螺旋电流的各项特性,本文还对其进行了建模分析。从电极表面各个区域出发追踪磁力线,规定电流方向平行于连接电极与限制器的磁力线。结果表明电极表面不同区域出发的螺旋电流空间路径各异,并且连接着不同的限制器。假设各区域螺旋电流大小与其路径上的等效电阻成反比,发现通过计算得到的扰动磁场与实验测量的扰动磁场互相吻合,表明模型中电流分布很好的反映了实验中螺旋电流叁维空间分布。实验发现当对电极施加+200 V的偏压时,可以驱动+150 A的螺旋电流,产生m/n=3/1磁场分量可达11 Gauss/kA。由于螺旋电流的路径由等离子体边界磁力线的螺旋度决定,因此其产生共振磁场分量的效率也远高于传统的RMP线圈。实验结果与计算结果都显示,螺旋电流可以作为一种新的方式为等离子体提供RMP。(本文来源于《华中科技大学》期刊2019-05-01）
沈俊田[6]（2019）在《托卡马克装置面向等离子体防护部件疲劳分析》一文中研究指出随着核聚变科学研究的不断深入,托卡马克装置的运行参数不断提高。为进一步展开边界等离子体物理的研究,核工业西南物理研究院对HL-2A托卡马克装置进行升级改造。目前,HL-2M托卡马克装置正在设计建造中,偏滤器作为托卡马克装置真空室内部组件,直接面向等离子体。装置运行在高约束模式下,等离子体中磁流体不稳定性现象产生的高能量粒子进入刮削层并沿磁力线运动,最终轰击在偏滤器靶板上。这种能量可以达到兆瓦级别造成打击点处高温升和高热应力,并且该热应力循环周期与装置的运行周期保持一致,这可能会在不同材料连接处发生疲劳问题。因此,该研究主要对HL-2M偏滤器上关键部件的热疲劳性能进行仿真,验证偏滤器结构设计的可靠性和有效性。基于核工业西南物理研究院科研人员使用SOLPS程序数值模拟计算的HL-2M装置高参数运行时,雪花减位形下偏滤器靶板表面的热负载分布,本文使用有限元软件进行以下工作:1、使用有限元法对HL-2M装置高参数运行时,雪花减位形下偏滤器的CFC层和热沉层进行瞬态传热分析,得到靶板不同组件的温度场分布,对靶板的热性能进行评估,分析材料的安全性,结果显示各部件温度均在材料的承受的温度范围内,不会产生熔融损伤。2、将靶板瞬态传热分析得到的温度场分布作为热-结构耦合分析的输入条件对偏滤器结构的机械性能进行仿真计算,从而获取偏滤器的热应力场分布,分析结构可能发生塑性变形的区域,发现拱顶外侧抽气口尖角位置4 mm区域发生塑性形变;提取螺栓轴向拉力和法向剪切力,利用传统公式对螺栓应力进行计算;模拟偏滤器在110℃、250℃、300℃烘烤条件下的受力情况,发现300℃烘烤时支撑块可能产生塑性变形;针对300℃条件下支撑块添加垫片前后应力的变化进行对比分析,加垫片后支撑块上的应力不会超出材料的屈服应力。3、对偏滤器进行循环应力分析,针对可能发生的棘轮失效行为进行评判,发现偏滤器结构设计良好不会发生棘轮损伤。结合ITER装置真空室内部器件结构设计规范对HL-2M装置偏滤器靶板不同部件的疲劳寿命进行预测,结果显示内靶板、外靶板和拱顶均满足设计要求。(本文来源于《电子科技大学》期刊2019-04-01）
陈雅静[7]（2019）在《托卡马克装置面向等离子体部件电磁仿真研究》一文中研究指出托卡马克装置中,真空室及内部部件的结构稳定性在各种工况下都能达到设计要求时才能安全运作。托卡马克装置上的力和力矩一部分由装置中电磁变化产生,分析装置中的电磁载荷就需要研究装置中各种电磁环境下在部件上产生的电磁载荷是否超过装置的承受力。在以非圆截面为对象的托卡马克装置中,很容易产生扰动打破平衡,从而引发等离子体电流迅速减少。在这种情况下容易发生等离子体破裂和垂直位移事件,在这两种工况下容易产生感应涡流,其底层物理原理基于法拉第电磁感应定律。涡流在磁场的作用下,会在内部部件上产生较大的电磁力和力矩,会对超导托卡马克装置结构安全造成危害。本文通过ANSYS处理等离子体的离散输入,利用ANSYS APDL建模,在相应的模型上施加对应物理条件要求下需要加载的载荷和边界条件,对软件计算出的结果进行详细的分析和讨论。本文分析了等离子体大破裂(MD)发生时产生的感应涡流,计算感应涡流在器件上产生的电磁力和力矩;分析了垂直位移事件下的羽电流(halo current),通过模拟实际垂直位移事件(VED)发生条件,在偏滤器上施加最大恒定电流来观察整个面向等离子体部件上电流的分布以及各个部件上的电磁力。本文研究内容主要分为叁部分:一、通过ANSYS命令流对大破裂事件的二维进行分析对比,考虑等离子体离散分布更适合实际工况。二、在考虑等离子体电流离散分布情况下,用理论环向磁场值计算部件上的电磁力和力矩。叁、通过ANSYS命令流对垂直位移事件中经典现象进行分析,讨论在发生垂直位移事件时等离子体电流随时间的离散分布情况及加载最大恒定halo电流时部件上所受电磁力。(本文来源于《电子科技大学》期刊2019-04-01）
张旺[8]（2019）在《托卡马克装置面向等离子体防护部件结构动力学分析》一文中研究指出偏滤器作为高温等离子体与材料直接接触的过渡区域,该系统的设计涵盖了聚变等离子体物理、结构制造技术和结构评价等领域的前沿技术。偏滤器对于排出聚变反应产生的热量及高能粒子流起着重要作用,因此偏滤器是关系到聚变反应正常进行的关键因素之一。鉴于偏滤器的恶劣运行环境,有必要对偏滤器的动力学特性进行分析,为偏滤器结构和材料的改进提供依据。本文在介绍了结构动力学和有限元理论的基础上,分析了托卡马克装置聚变反应过程中,垂直位移事件(VDE)和等离子大破裂事件(MD)对偏滤器的影响,由于载荷种类较为复杂,此处主要针对垂直位移事件下产生的晕电流(Halo)对偏滤器的影响进行分析。借助有限元软件,对偏滤器模型进行简化处理。并对偏滤器进行模态分析,掌握结构的固有频率和振动特性有助于避免偏滤器在运行过程中产生共振现象。为减小计算的复杂度,本文利用静力学弹塑性分析等效动力学弹塑性分析,对偏滤器在动载荷作用下的性能进行判定。HL-2M装置在运行中,由于中心等离子的不稳定,经常发生垂直位移事件等瞬态事件,快速的电流熄灭导致托卡马克装置上产生很大的晕电流,其与磁场相互作用产生很高的电磁力和电磁脉冲载荷,将对偏滤器造成致命损伤。本文采用静力学分析等效动力学分析的方法,对偏滤器在复杂工况下的动力响应进行分析。首先在不考虑材料塑性条件下,使用迭加法和逐步法作为对比,验证迭加法计算结果的可信度,基于偏滤器的模态分析结果,使用静力学分析等效动力学分析,求得载荷的动态放大因子ξ。最后考虑材料的塑性特性,施加静态载荷大小为动载荷最大值的ξ倍,计算结果由第四强度理论和SDC-IC标准判定,偏滤器的支撑块已经产生屈服应变,但是在多个周期载荷作用下,其塑性应变值没有大幅增加,最大值保持在0.8%附近。据估算支撑块可以承受约为2500次周期载荷作用,符合HL-2M工程设计要求。(本文来源于《电子科技大学》期刊2019-04-01）
何秋明,胡双辉,吴昊,赵庆飞[9]（2019）在《HL-2A托卡马克等离子体中的离散阿尔芬本征模》一文中研究指出在HL-2A装置上,运用磁流体力学数值模拟程序,探究了在低杂波辅助加热放电方案中,低杂波能量沉积区域内的离散阿尔芬本征模(αTAE,α是等离子体压强梯度的标度)的物理特征;探讨了不同等离子体剖面下,αTAE的分布情况.运用线性回旋动理学和磁流体力学混合模拟程序,研究了中性束注入不同能量的粒子对αTAE的影响;另外,还探究了能量沉积区域内的αTAE被高能量粒子激发成不稳定性的物理特征.通过模拟发现,在该装置上α的值相对较小,αTAE主要分布在负磁剪切区域.在低杂波能量沉积区域内伴有丰富的αTAE,且低杂波能量沉积量越大,αTAE频率越高.此外,在不同等离子体剖面下,大量αTAE被束缚于沿HL-2A托卡马克小半径方向上的不同区域.随着中性束注入粒子能量逐渐增大,αTAE的多支模也被激发成不稳定模式,这种不稳定模式潜在影响托卡马克对等离子体的约束性能.(本文来源于《中国科学:物理学 力学 天文学》期刊2019年04期）
徐国梁[10]（2018）在《托卡马克装置中钨材料的腐蚀及其在边界等离子体中的输运》一文中研究指出针对钨作为托卡马克装置中的面向等离子体材料,本文详细分析了不同边界等离子体状态下钨的腐蚀情况,对钨的腐蚀机制,以及偏滤器靶板和第一壁腐蚀的钨对芯部钨浓度的影响开展了研究。研究内容分为两个部分:1,研究了 DⅢ-D装置高约束模式运行状态下偏滤器钨的腐蚀机制;2,评估了 CFETR不同边界等离子体状态下偏滤器和第一壁的腐蚀情况,以及芯部的钨浓度水平。对于DⅢ-D装置,为了研究高约束运行模式下钨的腐蚀与边界局域模(ELM)之间的关系,在钨环系列实验中,3炮具有不同边界局域模特性的放电被挑选出来:单个ELM释放的能量占总储能的比例从3%变化到10%,ELM的频率从18 Hz变化到70Hz。采用一维的自由流体模型(FSM)来分析ELM从中平面到靶板的输运时间,以及靶板上的电子密度。通过ELM的输运时间推测从台基区输运出来的碳到达靶板时的价态,而ELM期间靶板上的电子密度有助于获得精确的钨有效电离光子比(S/XB)。OEDGE程序被用来模拟没有ELM时钨的腐蚀,而一个基于TRIM.SP溅射程序开发的简单分析模型被用来计算ELM期间钨的腐蚀情况,且在这两部分模拟工作中,钨环上都被认为是沉积了部分碳的碳钨混合材料。OEDGE的模拟结果显示,在碳钨混合材料中碳的原子比例为0.3-0.6之间时,钨的腐蚀率对碳的原子比例不敏感,且在这个范围内OEDGE对钨腐蚀的模拟结果能与实验值吻合的很好。然而对于ELM时的模拟表明,混合材料中碳的比例应该在0.3左右。有、无ELM时钨的腐蚀主要都是由碳的溅射导致的,但是其腐蚀机制不一样。没有ELM时,钨的腐蚀主要是由混合材料上腐蚀的碳的再沉积过程导致的,而ELM期间,在打击点附近钨的腐蚀主要是由芯部输运出来的C6+的轰击导致的。为了反演出和ELM期间钨腐蚀的实验数据相同的结果,在分析模型中C6+的径向衰减长度被设定为小于D+的径向衰减长度,而碳和氘的径向衰减长度之比被证明与ELM期间的能流密度有关。对于CFETR装置,本文分析了不同靶板运行状态下、不同充气位置时、充不同杂质气体时,偏滤器靶板及第一壁钨的腐蚀情况,以及腐蚀的钨对芯部钨浓度的贡献。结果表明,相对于低再循环和高再循环状态,运行在脱靶状态是唯一可以接受的选择。当达到偏滤器脱靶状态时,边界杂质气体的具体充气位置对最终杂质的分布,及芯部钨浓度的影响不大。相对于偏滤器,第一壁腐蚀的钨更容易进入芯部,因此脱靶状态时,第一壁的钨腐蚀成为决定芯部钨浓度的关键。对比相同位置充入氩,氖和氮的算例,氩的辐射能量最强,在达到相同边界总辐射量时,氩在等离子体中的浓度相对最小,所引起的第一壁钨腐蚀也最小,因此从减少芯部钨浓度的角度来讲,充氩是相对最好的选择。(本文来源于《中国科学技术大学》期刊2018-12-25）
托卡马克等离子体论文开题报告
（1）论文研究背景及目的
此处内容要求：
首先简单简介论文所研究问题的基本概念和背景，再而简单明了地指出论文所要研究解决的具体问题，并提出你的论文准备的观点或解决方法。
写法范例：
目前,共振磁扰动技术已经在世界上多个托卡马克装置实验中被证实可以用来控制边界磁流体不稳定性,以及等离子体与壁相互作用。近年来,东方超环(EAST)全超导托卡马克装置实验表明低杂波可以在刮削层区域产生沿着磁力线的螺旋电流丝,从而明显地改变边界磁拓扑结构。这种磁扰动不仅可以被用于缓解边界局域模,还可以用来改善偏滤器靶板上的热流和粒子流分布。在此背景之下,本论文系统地研究了低杂波引起的磁拓扑变化对边界等离子体输运的影响。本文首先简要介绍了磁扰动技术在托卡马克装置中的应用,以及边界等离子体输运程序EMC3-EIRENE的理论模型。EMC3-EIRENE程序由基于叁维边界等离子体流体模型的蒙特卡洛程序EMC3和基于动理学模型的中性粒子输运程序EIRENE耦合而成。通过对该程序计算网格的优化,本文首次模拟了低杂波产生的扰动磁场对叁维边界等离子体电子密度、电子温度和马赫数,以及偏滤器靶板热流和粒子流的影响。模拟结果能够与多种边界实验诊断数据相符合。结果表明,由于平行于磁力线的输运比扩散输运强得多,叁维边界磁拓扑结构能够很明显地反映在等离子体属性中。结合以往实验观测,模拟结果同样支持低杂波引起的螺旋电流丝的电流随着低杂波注入功率的增大而增大。这不仅会通过拓宽边界随机区而加深附加输运通道的渗透深度,而且能够影响靶板热流或粒子流在分裂打击点和原打击点上的比例。同时,叁维模拟还显示,扰动磁场产生的附加输运通道将引起热负荷在不同靶板之间的重新分配。此外,在EAST实验上观测到,利用超声分子束注入技术和低杂波引起的磁扰动能够改变靶板热流和粒子流的叁维分布。为了揭示其背后的物理机制,本文使用EMC3-EIRENE程序首次在模拟上重现了该实验现象,并对其作出了定性的物理解释。在边界等离子体区域,注入的中性粒子的离子化产生的电子和离子将沿着磁通管直接打在偏滤器靶板上,从而导致分裂打击点上的热流和粒子流的进一步升高。结合边界磁拓扑的多体瓣状结构,本文从模拟的角度提出可以通过调节超声分子束的注入位置或者扰动磁场的相位来主动调控靶板的热流和粒子流分布,以均化边界等离子体对靶板的侵蚀,延长偏滤器的使用寿命。
（2）本文研究方法
调查法：该方法是有目的、有系统的搜集有关研究对象的具体信息。
观察法：用自己的感官和辅助工具直接观察研究对象从而得到有关信息。
实验法：通过主支变革、控制研究对象来发现与确认事物间的因果关系。
文献研究法：通过调查文献来获得资料，从而全面的、正确的了解掌握研究方法。
实证研究法：依据现有的科学理论和实践的需要提出设计。
定性分析法：对研究对象进行“质”的方面的研究，这个方法需要计算的数据较少。
定量分析法：通过具体的数字，使人们对研究对象的认识进一步精确化。
跨学科研究法：运用多学科的理论、方法和成果从整体上对某一课题进行研究。
功能分析法：这是社会科学用来分析社会现象的一种方法，从某一功能出发研究多个方面的影响。
模拟法：通过创设一个与原型相似的模型来间接研究原型某种特性的一种形容方法。
托卡马克等离子体论文参考文献
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