電子回旋波電流驅(qū)動對撕裂模不穩(wěn)定性影響的研究.pdf

1、博士學(xué)位論文電子回旋波電流驅(qū)動對撕裂模不穩(wěn)定性影響的研究StudiesonInnuencesofElectronCyclotronCurrentDriveonTea血gModes學(xué)11102016答辯日期：大連理工大學(xué)DalianUnivers畸ofTechnology大連理工大學(xué)博士學(xué)位論文摘要撕裂模不穩(wěn)定性是托卡馬克裝置中重要的非理想磁流體不穩(wěn)定性之一。撕裂模不穩(wěn)定性，尤其是新經(jīng)典撕裂模不穩(wěn)定性會引起托卡馬克芯部等離子體的能量損失、

2、溫度下降、流速降低等現(xiàn)象，并可能造成環(huán)向電流劇烈擾動等負(fù)面影響，甚至引發(fā)裝置大破裂。目前，國際上主要的托卡馬克實(shí)驗(yàn)裝置均對撕裂模不穩(wěn)定性及其抑制方法展開了研究。實(shí)驗(yàn)表明，通過調(diào)節(jié)裝置運(yùn)行參數(shù)、外加螺旋磁場或驅(qū)動電流等方式，可以避免撕裂模不穩(wěn)定性的發(fā)生或抑制其增長。其中，電子回旋波電流驅(qū)動(E1ec們nCyclo廿onCu仃entDrive，ECCD)是目前抑制撕裂模不穩(wěn)定性最有效的實(shí)驗(yàn)方法，并被列為國際熱核聚變實(shí)驗(yàn)堆(Int鋤ation

3、al111e咖onuclearExperimentalReactor，ITER)裝置中對新經(jīng)典撕裂模不穩(wěn)定性的主要控制手段。電子回旋波在有理磁面附近產(chǎn)生的驅(qū)動電流有助于改善撕裂模不穩(wěn)定性，同時能夠彌補(bǔ)由磁島結(jié)構(gòu)所引發(fā)的自舉電流擾動，對撕裂模和新經(jīng)典撕裂模有顯著的抑制效果。由于驅(qū)動電流參數(shù)特性以及托卡馬克等離子體的復(fù)雜特性，電子回旋波電流驅(qū)動對撕裂模不穩(wěn)定性的作用機(jī)制還不十分清楚，還有很多仍需深入探討和解釋的現(xiàn)象。本論文詳細(xì)研究了驅(qū)動電流

4、的分布特性、作用時間、沉積位置等參數(shù)對撕裂模不穩(wěn)定性的影響，以及驅(qū)動電流抑制新經(jīng)典撕裂模不穩(wěn)定性的必要條件，并討論了等離子體旋轉(zhuǎn)條件下不同模式的驅(qū)動電流對新經(jīng)典撕裂模不穩(wěn)定性的影響。論文共分為五章，主要研究內(nèi)容如下：第一章為緒論，介紹了撕裂模不穩(wěn)定性和新經(jīng)典撕裂模不穩(wěn)定性的基本原理，以及目前對撕裂模不穩(wěn)定性的主要抑制手段，特別是電子回旋波電流驅(qū)動的理論模擬和實(shí)驗(yàn)研究進(jìn)展。第二章首先介紹本論文所采用的可壓縮磁流體模型和電流驅(qū)動模型，然后模

5、擬了驅(qū)動電流不同分布特性、沉積時間和沉積位置等因素對撕裂模磁島最終寬度的影響，確定了驅(qū)動電流幅值、沉積寬度和位置等條件與抑制效果之間的關(guān)系，提出了最優(yōu)抑制區(qū)間，并詳細(xì)分析了由外部驅(qū)動電流所引起的磁島X點(diǎn)位移、形變等問題。研究結(jié)果表明在一定閾值范圍內(nèi)，隨著電流值的增大，驅(qū)動電流對撕裂模磁島抑制效果會增強(qiáng)：當(dāng)驅(qū)動電流值超出閾值后，會引起撕裂模磁島的再增長過程，同時引起磁島O點(diǎn)轉(zhuǎn)變?yōu)閄點(diǎn)的翻轉(zhuǎn)不穩(wěn)定性，證明了持續(xù)作用的驅(qū)動電流是翻轉(zhuǎn)不穩(wěn)定性的