托卡馬克中誤差場鎖模現(xiàn)象的若干問題研究.pdf

1、托卡馬克金屬結(jié)構(gòu)造成的誤差場對未來的聚變裝置運行有著非常重要的影響。誤差場引起的鎖?，F(xiàn)象可能誘發(fā)撕裂模磁島甚至引起等離子體大破裂。誤差場鎖模作為托卡馬克運行時重要的物理現(xiàn)象，在國際上得到廣泛的研究與關(guān)注，且實驗、理論和模擬都進行了深入的探討。實驗上，國際著名托卡馬克裝置，諸如JET、DIII-D、COMPASS、C-Mod等都深入開展了一系列的實驗，并與理論進行仔細對比。理論上，誤差場鎖模物理也得到了國際理論界的廣泛研究，核聚變理論界許

2、多國際知名的學(xué)者都對誤差場的不同形式進行了深入的研究。而模擬研究正在逐步與真實托卡馬克等離子體位形接近，即從單純的研究物理機制的平板幾何轉(zhuǎn)向多種耦合的三維實際位形、從磁流體轉(zhuǎn)向雙流體以及進一步向動理學(xué)的深化。通過二十多年的研究，誤差場鎖模物理圖像越來越清晰和豐滿。然而已有理論中仍然存在一些欠缺與不足之處。本文首先對誤差場鎖模的相關(guān)知識進行較全面的介紹，然后深入分析并討論相關(guān)理論和實驗，在此基礎(chǔ)上解決了其中存在的一些問題。本文大致內(nèi)容如下

3、:
　　緒論部分將托卡馬克關(guān)鍵物理問題進行了綜述性的歸納與概括。并在此基礎(chǔ)上重點回顧了誤差場鎖模研究的研究歷史與進展。指出了誤差場鎖模在托卡馬克關(guān)鍵物理問題中的重要性。
　　第二章，列出了誤差場滲透最新理論進展中重要的理論推導(dǎo)，郎雙流體近似下線性理論、非線性理論，線性動理學(xué)理論，并給出雙流體近似下線性理論中一些關(guān)鍵細節(jié)，作為后繼章節(jié)工作的基礎(chǔ)。
　　第三章，探討磁流體近似下誤差場滲透的非線性理論。針對磁流體近似下誤差場

4、滲透的非線性理論展開了討論。通過分析得出以前磁流體近似下的非線性理論中，Rutherford機制和Waelbroeck機制間的過渡機制，其一系列參數(shù)均沒有體現(xiàn)出平滑的過渡趨勢，即沒有起到很好的過渡作用。在詳細分析理論中一些關(guān)鍵細節(jié)后，用比較合理的分析（即過渡機制要包含Rutherford機制和Waelbroeck機制間兩者的混合性質(zhì)），修正了以前非線性滲透理論。修改后的機制各個參數(shù)基本上都表現(xiàn)出平滑的過渡效果。為了更好地證實該理論分析，

5、通過模擬，從誤差場鎖定閾值、臨界鎖定時的磁島寬度分別與初始速度的定標(biāo)很好地證實了前面的理論分析。為了更直觀地表現(xiàn)其中物理圖像，也列出三個機制中達到鎖定閾值時的電流分布情況，進一步證實了前面的理論分析。在第三章的最后，針對托卡馬克中較受關(guān)注的Rutherford機制展開了討論，分析和模擬討論得出以前相關(guān)模擬文章中的粘性-電阻機制是Rutherford機制。然而從誤差場的定標(biāo)上來說，兩者的結(jié)論基本一致，因此可以互換使用。通過固定誤差場幅值進

6、一步確認了得到的結(jié)論。
　　第四章，討論誤差場滲透理論在托卡馬卡中的應(yīng)用。將以前理論參數(shù)定標(biāo)轉(zhuǎn)化到實驗參數(shù)定標(biāo)的兩種假設(shè)分別進行了討論。選取比較好的假設(shè)，得到的密度定標(biāo)在非線性的相鄰機制之間過渡得比較好。并對自二十世紀九十年代初期以來典型的托卡馬克裝置中誤差場鎖模相關(guān)實驗研究進行了分類及討論。詳細分析了一些裝置誤差場鎖模的實驗結(jié)果，并得出實驗中比較準確的物理機制。通過理論分析，分析了J-TEXT裝置參數(shù)及最近誤差場鎖模運行參數(shù)，發(fā)

7、現(xiàn)目前其鎖模實驗覆蓋了磁流體近似下誤差場滲透的全部三種非線性機制。理論分析結(jié)果與實驗數(shù)據(jù)擬合吻合。
　　第五章，通過數(shù)值模擬研究反磁剪切位形下的誤差場滲透問題。考慮實際托卡馬克運行可能包含不同平衡狀態(tài)，因此在反磁剪切位形下考慮了三種平衡狀態(tài)，即穩(wěn)定狀態(tài)、臨界狀態(tài)及不穩(wěn)定狀態(tài)。仔細分析了三種平衡狀態(tài)下非鎖定和鎖定情況的主要特征，并討論了相關(guān)機制。模擬結(jié)果顯示在通常運行雙撕裂模穩(wěn)定情況下，一旦雙撕裂模外側(cè)有理面鎖定，內(nèi)側(cè)有理面也會很快