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(yùn)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(yùn)行時(shí)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(shí)驗(yàn)、理論和模擬都進(jìn)行了深入的探討。實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)，并與理論進(jìn)行仔細(xì)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(jìn)行了深入的研究。而模擬研究正在逐步與真實(shí)托卡馬克等離子體位形接近，即從單純的研究物理機(jī)制的平板幾何轉(zhuǎn)向多種耦合的三維實(shí)際位形、從磁流體轉(zhuǎn)向雙流體以及進(jìn)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(jìn)行較全面的介紹，然后深入分析并討論相關(guān)理論和實(shí)驗(yàn)，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(jìn)行了綜述性的歸納與概括。并在此基礎(chǔ)上重點(diǎn)回顧了誤差場鎖模研究的研究歷史與進(jìn)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(jìn)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(xì)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(jī)制和Waelbroeck機(jī)制間的過渡機(jī)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(xì)分析理論中一些關(guān)鍵細(xì)節(jié)后，用比較合理的分析（即過渡機(jī)制要包含Rutherford機(jī)制和Waelbroeck機(jī)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(jī)制各個(gè)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(shí)該理論分析，

5、通過模擬，從誤差場鎖定閾值、臨界鎖定時(shí)的磁島寬度分別與初始速度的定標(biāo)很好地證實(shí)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(gè)機(jī)制中達(dá)到鎖定閾值時(shí)的電流分布情況，進(jìn)一步證實(shí)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(jī)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(jī)制是Rutherford機(jī)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(jìn)

6、一步確認(rèn)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(shí)驗(yàn)參數(shù)定標(biāo)的兩種假設(shè)分別進(jìn)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(jī)制之間過渡得比較好。并對自二十世紀(jì)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(shí)驗(yàn)研究進(jìn)行了分類及討論。詳細(xì)分析了一些裝置誤差場鎖模的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，并得出實(shí)驗(yàn)中比較準(zhǔn)確的物理機(jī)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(yùn)行參數(shù)，發(fā)

7、現(xiàn)目前其鎖模實(shí)驗(yàn)覆蓋了磁流體近似下誤差場滲透的全部三種非線性機(jī)制。理論分析結(jié)果與實(shí)驗(yàn)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(shí)際托卡馬克運(yùn)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(xì)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(jī)制。模擬結(jié)果顯示在通常運(yùn)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