托卡馬克中電阻性撕裂模的數(shù)值模擬.pdf

1、在能源危機逐漸凸顯的今天，可控的核聚變能因其儲量大、安全清潔等特點，成為人類研究開發(fā)替代能源的重要方向。以托卡馬克為代表的磁約束裝置被看作是最具有希望實現(xiàn)這一目標的重要途徑。在托卡馬克中，撕裂模（新經(jīng)典撕裂模）不穩(wěn)定性，能改變磁場拓撲結構，破壞磁場凍結效應，從而影響粒子和能量約束，最終引起穩(wěn)態(tài)運行的崩塌，被看成是最危險的不穩(wěn)定性之一。撕裂模（新經(jīng)典撕裂模）不穩(wěn)定性本身，又受到微觀湍流、新經(jīng)典輸運、宏觀磁流體力學不穩(wěn)定性和快離子輸運等一系

2、列物理機制的綜合影響。由于其多時空尺度多過程的特點，理論研究非常困難，從第一性原理出發(fā)的集成自洽模擬，成為重要的研究手段。在此目標前提下，開展了撕裂模的模擬，靜態(tài)磁島的模擬等一系列階段性研究工作。
　　首先，回顧了回旋動理學的理論，并簡要介紹了基于回旋動理學理論發(fā)展起來的回旋動理學環(huán)向程序(GTC)。在GTC程序的電磁理論模型中，采用的混合模型天然地去掉了產(chǎn)生撕裂模的物理機制。利用平行方向的電子力平衡方程將其重新囊括并導出新的理論

3、模型，并基于此編寫了相關功能擴展代碼并調(diào)試編譯通過。之后，運用了最新開發(fā)的大型并行particle-in-cell(PIC)回旋動理學數(shù)值模擬平臺VirtEx，選取了新推導建立的理論模型以及功能擴展代碼對電阻撕裂模進行了模擬計算。VirtEx程序?qū)λ毫涯５木€性模擬結果與撕裂模經(jīng)典理論有著較好的一致性，從而驗證了新建立的理論模型以及新編寫的撕裂模功能模塊的正確性。
　　在扭曲模與撕裂模等全局性的不穩(wěn)定性的模擬研究中。磁力線坐標下的垂

4、直方向拉普拉斯方程在芯部存在著奇異性問題。GTC程序采用向外插值的方法對芯部區(qū)域進行求解。著眼于求解芯部奇異問題以及未來可能的刮削層以及偏濾器區(qū)域等求解區(qū)域更加復雜的問題，還提出了基于直接坐標的有限元方法并將其添加到了GTC程序中。通過試探函數(shù)以及物理實例的檢驗，新加入的有限元求解器顯示了很高的精確度。
　　另外，還開展了靜態(tài)磁島影響靜電漂移波的非線性研究。利用回旋動理學描述離子，漂移動理學來描述電子，成功地驗證了靜態(tài)磁島的作用，