JET装置中的离散阿尔芬本征模探讨

当前的磁约束聚变装置常常运行在先进托卡马克区域内,先进托卡马克区域内存在负磁剪切,s<0(s=rdq/dr)。在JET(Joint European Torus)装置中探讨了一种新型的离散阿尔芬本征模式——αTAE(α-induced to-roidal Alfvén eigenmode),研究其模式随s或α变化的特性,α=-q2Rdβ/dr。这里,q是安全因子,β是等离子体压力与磁压力之比,R和r分别代表托卡马克的大半径和小半径。     

JET装置中的多支离散阿尔芬本征模

当前的磁约束聚变装置常常运行在先进托卡马克区域内,先进托卡马克区域内存在负磁剪切。在JET(Joint European Torus)装置运行的参数域里,存在有约束在引发气球模驱动的势井里的多支离散阿尔芬本征模。类似于正剪切的情况,这些离散阿尔芬本征模只有很小的耗散率。由于耗散率很小,所以很容易被高能量粒子激发成不稳定性模式。在实验上已经观察到了很多阿尔芬频谱,这种离散阿尔芬本征模式是一种去理解这些现象的潜在的物理机制。     

ITER中的离散阿尔芬本征模

本文主要研究了ITER稳态运行时的离散阿尔芬本征模的稳定特性。这些磁流体力学本征模是α引起的气球模驱动势阱中的束缚态。其中,α=-q2Rdβ/dr,q是安全因子,β是等离子压强和磁场压强的比值,R和r分别是环形等离子体的大半径和小半径。这些阿尔芬本征模很容易被高能量粒子激发而演变成不稳定模式而影响环形等离子体的约束性能。     

聚变反应堆条件下等离子体中阿尔芬本征模的分析

通过对托卡马克装置的研究,为中国聚变工程试验堆和国际热核聚变反应堆提供了理论和工程技术。本文基于当前主要的托卡马克,运用磁流体力学数值模拟程序和动理学混合模拟程序,探究了不同类型托卡马克装置上的离散型阿尔芬本征模,以及在高能量粒子条件下离散阿尔芬本征模的不稳定性特征,为中国聚变工程试验堆和国际热核聚变反应堆提供理论参考。模拟发现在三类托卡马克装置上,较宽的运行范围内,都存在离散阿尔芬本征模,且这种本征模易受高能量粒子激发成不稳定模式。离散阿尔芬本征模的不稳定性潜在影响未来聚变反应堆的稳态运行。     

托卡马克中的离散阿尔芬本征模

托卡马克中的离散阿尔芬本征模(即αTAE,α是等离子体压强梯度的标度参数)是一种准边缘稳定模式,它们在燃烧等离子体条件下易受高能量粒子激发而演变成为不稳定模式,因之潜在影响托卡马克的稳态运行。本文在(s,α)平衡模型下,探讨了αTAE的存在区域及其相关的稳定性特征,并通过磁流体力学计算以及回旋动理学-磁流体力学混合模模拟来演示多支αTAE的结构特点,且进一步探讨在粒子共振激发下的不稳定现象,另外,在此基础上,结合具体托卡马克装置,分析αTAE在不同条件下的不稳定表现,为后续研究提供有益参考。     

HL-2A托卡马克等离子体中的离散阿尔芬本征模

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.     

EAST自举电流条件下离散阿尔芬本征模

针对先进实验超导托卡马克(Experimental Advanced Superconducting Tokamak,EAST)装置,本文研究了自举电流和由气球模驱动势阱捕获的离散阿尔芬本征模(α-Induced Toroidal Alfvén Eigenmode,αTAE,α是等离子体压强梯度的标度)的联系;在自举电流条件下,高能量粒子激发αTAE为不稳定模式的情况.理论分析可得自举电流密度大的位置往往存在较大的等离子体压强梯度,而大的等离子体压强梯度很可能诱导产生αTAE.运用磁流体力学模型探讨了在自举电流条件下αTAE存在的特点,发现在小半径方向上自举电流密度较大的区间,集中存在αTAE;运用磁流体力学与回旋动理学混合模型探讨了αTAE被高能量粒子激发为不稳定模式的情况,发现在中性束注入加热等离子体和驱动等离子体电流条件下,当托卡马克中的高能量粒子和αTAE满足波粒共振条件时,αTAE都会被高能量粒子激发为不稳定模式.     

ITER参数下的离散阿尔芬本征模

运用本征模方法和(s,α)平衡模型,研究ITER参数条件下的离散阿尔芬本征模(αTAE,α-induced Alfven eigenmode)特性,并探究相关条件下的HL-2A装置、EAST装置和DIII-D装置内的离散阿尔芬本征模,以期有益于对其运行物理的认识。     

超导托卡马克KSTAR中的离散阿尔芬本征模

超导托卡马克更容易实现高参数稳态运行,逐渐成为磁约束核聚变反应装置的发展趋势。αTAE(α-induced toroidal Alfvén eigenmode)是一种由α(α是一种压强梯度标度)诱导的阿尔芬本征模,容易被高能量粒子激发为不稳定模式,影响托卡马克的稳态运行。在研究的参数条件下模拟发现KSTAR超导托卡马克中αTAE在小半径方向上分布很广,不同的安全因子q位形下KSTAR托卡马克中的αTAE分布的情况也不同,最后探讨了αTAE被高能量粒子激发为不稳定模式的情况。     

托卡马克不同运行域中的离散阿尔芬本征模

探究多个先进托卡马克装置,发现在先进托卡马克中存在着丰富阿尔芬现象(TAE、EPM、BAE、EAE、RSAE),有着非常广的频谱范围。根据实验数据得到先进托卡马克装置中(s,α)随小半径的变化,发现在先进托卡马克中存在有利于αTAE增长的条件,即存在α极大值,并讨论α极大值处的αTAE行为特征。     

托卡马克中离散阿尔芬不稳定性的动理学分析

动理学是描述等离子体的重要方法。本文介绍了动理学的一种近似处理——回旋动理学,并在简单模型下演示了线性回旋动理学方程近似过程。结合ITER(International Thermonuclear Experimental Reactor)设计参数和模拟放电实验数据,利用线性回旋近似研究环形聚变等离子体中高能量粒子的动理学效应对离散阿尔芬本征模(αTAE)的影响。     

连续谱频域中高能量粒子激发的阿尔芬不稳定性

本文通过线性回旋动理学与磁流体力学(MHD)的混合模拟程序,采用(s,α)平衡模型。通过高能量粒子激发连续谱中的阿尔芬模式,研究了NSTX和MAST运行条件下连续谱中的αTAE和gap中的TAE各自特点,发现连续谱中的αTAE可存在于gap上方和gap下方,能被势阱很好的束缚。gap中的TAE可以无需势阱所束缚。还在MHD条件下,演示了环效应所引发的阿尔芬频隙,可以减小连续谱对本征模的耗散作用。     

托卡马克等离子体内部输运壁垒中电磁ITG模

内部输运壁垒 ITB(internal transport barrier)的发现是近几年托卡马克实验研究的一项重要进展 ,ITB中微观不稳定性的研究对理解 ITB的作用至关重要。应用平板磁剪切位形和回旋动力学理论 ,通过 Raleigh- Ritz方法数值求解耦合的积分方程组 ,研究了内部输运壁垒区的电磁离子温度梯度 (ITG)模 ,计算中考虑了磁剪切的梯度和非绝热电子响应。结果表明 ,考虑非绝热电子的情况下 ,有限β(等离子体压强 /磁压强 )在极弱磁剪切区对 ITG模的 4个分支有明显的抑制作用 ,而且高阶的 ITG模更易被有限 β所抑制。     

ITER不同设计方案下的离散阿尔芬本征模

用一个打靶法的程序分别研究ITER装置三种不同的设计方案下离散阿尔分本征(αTAE)的物理特性。发现感应方案不利于αTAE的形成,而在混合方案和稳态方案下,部分(s,α)模型能够进入气球模第二稳定区,尤其是在稳态方案下,有一半以上的径向范围都能进入第二稳定区。在这些区域内相对较大的α都能够形成有效势阱并捕获αTAE,这些被捕获的αTAEs的耗散率都很低,具有准边缘稳定性,很容易被高能量粒子激发成不稳定模式。     

低频(2,1)模磁扰动下CFETR高能α粒子的损失研究

针对中国聚变工程试验堆(Chinese fusion engineering test reactor,CFETR)的正常磁剪切平衡位形,采用测试粒子模拟方法,研究了存在磁流体动力学(Magnetohydrodynamics,MHD)低频(2,1)模磁扰动条件下CFETR聚变产物高能α粒子的损失规律。模拟结果表明:在无磁扰动时,α粒子的损失率很低,但在有磁扰动时,α粒子与(2,1)模发生了强烈的相互作用,α粒子的损失率随着(2,1)模磁扰动幅值的增大而显著增大,损失的α粒子的初始位置主要集中在(2,1)模中心位置附近,初始位置分布在靠近磁轴芯部区域的α粒子没有损失,所有损失的α粒子几乎都是从等离子体赤道面以下飞出。     

载流磁化等离子体中剪切阿尔芬涡旋

研究低β_■(0<β_■《m_c/m_i)载流磁化等离子体中非线性剪切阿尔芬波,导出了描述非线性剪切阿尔芬波的方程组,求出该方程组的阿尔芬涡旋(Vortex)解。该解属于本性电磁涡旋,扰动势在远离涡旋中心处按1/r衰减。对结果的分析表明,载流等离子体中涡旋具有新的特点。它除了具有与无电流时涡旋所允许的传播速度区外(u<—αV_A,u>αV_A),还有一个新的传播速度区(0相似文献   

取向多晶Fe-Ga合金结构与磁致伸缩应变研究

采用定向凝固的方法实验研究了取向多晶Fe-Ga合金的磁致伸缩性能.发现〈110〉轴向取向的Fe-Ga合金具有较大的磁致伸缩应变.在零预压力下,其饱和磁致伸缩应变λs为188×10-6;在20 MPa预压力下,λs可以达到286×10,具有明显的压力效应.还观察到在大的预压力(＞15 MPa)作用下,在低磁场范围出现负磁致伸缩应变现象.     

PMC边界手征负折射平板波导模式特性及场分布

从理论上分析了以理想磁导体(perfect magnetic conductor, PMC)为边界的手征负折射平板波导的模式特性及其磁场的具体分布. 利用PMC边界条件, 导出了手征负折射波导的色散方程和磁场各分量表达式. 通过波导的色散曲线发现, 当手征参数 κ>1时, 某些区域曲线出现下凹, 左旋圆极化(left circularly polarized, LCP)波的折射率为负值, 实现了负折射特性, 截止频率也不再是传播常数β=0所对应的频率. 根据传播常数β和k₊, k₋的关系, 将色散曲线分为3个区域, 给出了各区域一阶奇模和一阶偶模磁场的具体分布, 并与一般手征媒质平板波导的磁场分布作了比较. 结果发现, 切向分量场H_y,H_z 在上下边界处为零, 满足PMC边界条件. 而由于面磁流的存在, 法向分量H_x在边界处不为零.     

关于丢番图方程a~x+b~y=c~z

对于方程α~x+b~y=c~t,α,l,c为不同素数,的非负整数解问题:人们已有许多研究.在max(α,b,c)<23时人们用各种方法求出了方程之解.本文中:作者用完全初等的方法求出了在max(α,b,c)=23时方程的解.文中:我们先取一定的模:使方程成为下面的形式:α(α~x-1)=β(β~y-1).然后再用取模的手段求出上面方程的解为:x=y=0     

轻稀土Pr基立方Laves相超磁致伸缩材料的超高压合成及其磁弹性能研究

通过超高压退火方法,成功获得了轻稀土Pr基立方Laves相Pr(Fe_1-xGa_x)_2.35(x=0,0.06,0.12,0.17)超磁致伸缩合金材料,系统研究了其微结构、磁性转变以及磁致伸缩性能。实验结果表明,高压退火是合成轻稀土Pr基立方Laves磁致伸缩相结构的有效手段;适度的Fe过量可以在磁致伸缩相中引入软磁α-Fe相。热重分析表明随着Ga含量的增加,Pr(Fe_1-xGa_x)_2.35合金的居里温度呈现单调降低趋势。微量Ga掺杂(x=0.06)和α-Fe相的引入可以有效改善样品的软磁性能,使轻稀土Pr基立方Laves相合金在保持较大磁致伸缩响应的前提下,降低其磁弹响应滞后。本工作可为价格便宜、磁弹相应优异的轻稀土Pr基超磁致伸缩材料的开发提供实验和理论指导。