環(huán)流器二號(hào)A等離子體破裂期間逃逸電子模擬研究.pdf

1、碩士學(xué)位論文環(huán)流器二號(hào)A等離子體破裂期間逃逸電子模擬研究SimulationofyelectronsduringdisruptionsinSimulationolrunawayelectroasauringOlsruptlonsHL2Atokmak學(xué)號(hào)：2羔Q幽絲完成日期：壘Q!墨生壘月大連理工大學(xué)DalianUniversityofTechnology大連理工大學(xué)碩士學(xué)位論文摘要本文主要采用數(shù)值模擬方法對(duì)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(jìn)行研究。程序所使用的物理模型包含了初級(jí)和次級(jí)兩種逃逸電子產(chǎn)生機(jī)制，并耦合麥克斯韋方程組，采用有限差分的方法進(jìn)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(shí)驗(yàn)背景，對(duì)HL2A破裂期間逃逸電子和環(huán)向電場(chǎng)的演化進(jìn)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(qiáng)的環(huán)向電場(chǎng)被感應(yīng)，持續(xù)015ms之后該環(huán)向電場(chǎng)達(dá)到最大值，但是在25ms內(nèi)被逐漸衰減。環(huán)向電場(chǎng)的時(shí)空分布與

3、JET裝置有所不同。同時(shí)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(shí)驗(yàn)中用軟X射線照相機(jī)觀察到的結(jié)果相一致，但實(shí)驗(yàn)中逃逸電子束出現(xiàn)的時(shí)間大致在7ms，而理論模擬則是在破裂之后約1ms時(shí)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(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)的磁擾動(dòng)。這是繼實(shí)驗(yàn)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(jìn)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(shí)驗(yàn)探測(cè)得到55％的結(jié)論基本吻合：盡管次級(jí)產(chǎn)生機(jī)制產(chǎn)生率遠(yuǎn)小于初級(jí)產(chǎn)生機(jī)制產(chǎn)生率，但次級(jí)產(chǎn)生機(jī)制的作用時(shí)間遠(yuǎn)大于初級(jí)產(chǎn)生機(jī)制，因此次級(jí)產(chǎn)生機(jī)制在逃逸電流束的形成過程當(dāng)中起到了關(guān)鍵作用。這與實(shí)驗(yàn)探測(cè)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(shí)驗(yàn)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(shí)間對(duì)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(chǎng)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(shí)溫度低會(huì)導(dǎo)致環(huán)向電場(chǎng)持續(xù)的時(shí)間短，從而逃逸電流也更容易達(dá)到穩(wěn)態(tài)。熱猝滅時(shí)間越短，引起的環(huán)向感應(yīng)電場(chǎng)越大，逃逸電子產(chǎn)生也越多，但如果在實(shí)驗(yàn)認(rèn)定的參數(shù)范圍內(nèi)(小于Ims)選取不同參數(shù)時(shí)，模擬結(jié)果并沒有產(chǎn)生實(shí)質(zhì)性的差異。研究結(jié)果提供了HL2A破裂期間更詳細(xì)的逃逸電子和環(huán)向電場(chǎng)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