環(huán)流器二號A等離子體破裂期間逃逸電子模擬研究.pdf

1、碩士學位論文環(huán)流器二號A等離子體破裂期間逃逸電子模擬研究SimulationofyelectronsduringdisruptionsinSimulationolrunawayelectroasauringOlsruptlonsHL2Atokmak學號：2羔Q幽絲完成日期：壘Q!墨生壘月大連理工大學DalianUniversityofTechnology大連理工大學碩士學位論文摘要本文主要采用數(shù)值模擬方法對HL一2A托卡馬克等離子體破裂

2、期間的逃逸電子演化行為進行研究。程序所使用的物理模型包含了初級和次級兩種逃逸電子產(chǎn)生機制，并耦合麥克斯韋方程組，采用有限差分的方法進行數(shù)值求解。利用該模型本研究主要做了以下兩方面工作：第一，以HL一2A15335次放電為實驗背景，對HL2A破裂期間逃逸電子和環(huán)向電場的演化進行了模擬。模擬結(jié)果顯示在等離子體破裂開始約015ms后有很強的環(huán)向電場被感應(yīng)，持續(xù)015ms之后該環(huán)向電場達到最大值，但是在25ms內(nèi)被逐漸衰減。環(huán)向電場的時空分布與

3、JET裝置有所不同。同時模擬結(jié)果也證明了逃逸電子產(chǎn)生于等離子體中心處的局部區(qū)域，這與實驗中用軟X射線照相機觀察到的結(jié)果相一致，但實驗中逃逸電子束出現(xiàn)的時間大致在7ms，而理論模擬則是在破裂之后約1ms時間內(nèi)形成了逃逸電子束，其中的差異主要是由于理論模型中沒有包含實驗中出現(xiàn)的磁擾動。這是繼實驗觀察之后首次從理論上證明了HL一2A等離子體破裂之后持續(xù)幾十毫秒的平穩(wěn)電流主要是逃逸電子攜帶的電流。研究進一步發(fā)現(xiàn)：歐姆電流轉(zhuǎn)化為逃逸電子電流的轉(zhuǎn)化

4、率為42％，這與實驗探測得到55％的結(jié)論基本吻合：盡管次級產(chǎn)生機制產(chǎn)生率遠小于初級產(chǎn)生機制產(chǎn)生率，但次級產(chǎn)生機制的作用時間遠大于初級產(chǎn)生機制，因此次級產(chǎn)生機制在逃逸電流束的形成過程當中起到了關(guān)鍵作用。這與實驗探測得到的等離子體電流相一致。第二，由于等離子體破裂期間部分實驗參數(shù)診斷的不精確，給模擬工作造成了一定的困難，本文分別模擬了不同熱猝滅后的溫度和不同熱猝滅時間對逃逸電子產(chǎn)生的影響。研究發(fā)現(xiàn)：熱猝滅后的溫度越低，環(huán)向感應(yīng)電場就越大，逃

5、逸電子產(chǎn)生率也越大，從而產(chǎn)生更多的逃逸電子，使得歐姆電流轉(zhuǎn)化為逃逸電流的轉(zhuǎn)化率也越高；同時溫度低會導致環(huán)向電場持續(xù)的時間短，從而逃逸電流也更容易達到穩(wěn)態(tài)。熱猝滅時間越短，引起的環(huán)向感應(yīng)電場越大，逃逸電子產(chǎn)生也越多，但如果在實驗認定的參數(shù)范圍內(nèi)(小于Ims)選取不同參數(shù)時，模擬結(jié)果并沒有產(chǎn)生實質(zhì)性的差異。研究結(jié)果提供了HL2A破裂期間更詳細的逃逸電子和環(huán)向電場的演化信息，可為今后精確診斷破裂期間的參數(shù)和抑制逃逸電子的產(chǎn)生提供理論參考。關(guān)鍵