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。     

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。     

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。     

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。     

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。     

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.     

托卡马克等离子体中杂质模的研究

利用数值积分方法求解色散方程,研究托卡马克等离子体中杂质模的不稳定效应,分别模拟了不同杂质离子所激发的杂质模在不同参数下的变化情况.结果表明,杂质模驱动的等离子体不稳定性通常随杂质离子的质量和电荷数增大而增大,但也有反常的情况,质量很大的杂质离子可能导致更小的不稳定性.杂质模的激发必须使杂质离子浓度超过一定的阈值,杂质离子越轻,电荷数越低,阈值越大.更强或更弱的磁剪切效应都有利于抑制杂质模的不稳定性.在k_(θρ_s)谱图中,钨(W~(+8))杂质模有更小的谱宽度.     

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。     

电子回旋波在托卡马克等离子体中的传播

通过数值求解波迹方程研究了电子回旋波在等离子体中的传播.结果表明,非寻常波从强场侧和顶部发射时能够很好的在等离子体中传播,从弱场侧发射时波的可近性条件比较严格.寻常波从强场侧、弱场侧和顶部发射时,通过适当的调整波的发射条件,也能得到理想的传播结果.     

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。     

HL-2A托卡马克上slide-away放电特征研究

托卡马克装置上等离子体不稳定性会被非麦克斯韦分布的逃逸电子激发。逃逸电子在特定条件下会与不稳定性发生反常多普勒共振,此共振结果将降低逃逸电子的能量,减小对装置造成的危害。本文利用电子回旋辐射(ECE)等诊断系统分析了HL-2A上slide-away放电中反常多普勒共振特征。实验结果表明：slide-away放电模式下ECE信号主要有台阶型、指数型、指数-台阶型和双波型4类波形。统计显示不稳定性阈值与等离子体电流以及磁场强度值无线性关系。反常多普勒不稳定性阈值(ω_pe/ω_ce)统计分布范围约为0.17～0.80,其中最高值分布范围为0.35～0.40。     

托卡马克等离子体中电子逃逸产生机制综述

托卡马克等离子体中与逃逸电子动力学相关的实验研究是热核聚变的重要研究课题之一.逃逸电子的初级和次级产生机制是逃逸电子产生的两个主要机制.根据国内外的一系列资料,介绍了热核聚变研究中不同放电条件下逃逸电子的产生过程以及实验证据,包括:欧姆放电中电子逃逸的雪崩过程,电子回旋共振加热期间逃逸电子产生的实验现象以及低杂波电流驱动与离子伯恩斯坦波协同加热下逃逸增强的实验研究.     

QD-QW结构中的振动本征模

使用连续介质模型研究了量子点-量子阱结构中的振动本征模.对不同阱宽的ZnSeQD-QW结构计算并取得了具体结果.发现该结构中界面声子的本征频率依赖于阱的宽度.角量子数越小的界面模能量越依赖于阱的宽度.     

托卡马克等离子体中电子温度梯度不稳定性的粒子模拟研究

用粒子模拟方法求解在环形等离子体中静电电子温度梯度模的回旋动力学方程。采用了四阶变步长积分格式,使计算省时、简便;并且给出了模的最大增长率与电子温度梯度参数ηe和R／LTe的变化关系。与有关的实验进行了比较,数值结果接近实验测量值。     

KT—5C托卡马克等离子体中磁场涨落的测量

在ＫＴ－５Ｃ托卡马克等离子体中进行了磁场涨落的测量，获得了磁场涨落的频谱和径向分布，实验结果表明，磁场涨落的幅度随着等离子体半径的增加而减少，对于不同ｑ值的放电条件下都是如此。实验中还观察到如果在限制器上施加正偏压的话，能够相当有效地抑制磁场涨落的幅度。     

KT－5C托卡马克等离子体中磁场涨落的测量

在ＫＴ－５Ｃ托卡马克等离子体中进行了磁场涨落的测量，获得了磁场涨落的频谱和径向分布，实验结果表明，磁场涨落的幅度随着等离子体半径的增加而减少，对于不同ｑ值的放电条件下都是如此．实验中还观察到如果在限制器上施加正偏压的话，能够相当有效地抑制磁场涨落的幅度．     

一维光子晶体本征模频率

利用传输矩阵法,严格推导出了一维光子晶体中的本征模频率方程,该本征模频率也就是缺陷模频率,它依赖于缺陷材料的光学常数、大小以及缺陷的类型;不同类型的缺陷会导致其相应的能级类型发生变化.