一、日本实现一亿度的等离子体电子温度(论文文献综述)
张毅[1](2021)在《磁约束等离子体边缘区磁流体模式的相动力学研究》文中指出高约束模式(High Confinement Mode,H模)是未来托卡马克磁约束受控核聚变的基本运行模式,但是其经常伴随着自发的边缘局域模(Edge Localized Mode,ELM),这会严重灼蚀托卡马克偏滤器靶板和第一壁。另一方面,ELM在排除等离子体杂质方面有着有益的作用。因此如何能够在维持H模的同时,保留ELM在排除杂质方面的作用,同时最大程度地降低其灼蚀影响是目前磁约束聚变研究最为关心的问题之一。本文1从相动力学理论出发,研究环形磁约束等离子体边缘区的非线性相动力学行为,结合理论分析和数值模拟研究了边缘磁流体模式演化的深层次物理机制。本文首先研究了EE×BB剪切流诱导的理想扭曲模的非线性相动力学。这里的相位指速度扰动和磁场扰动流函数的相位差。通过定义一个无量纲参数——纯扭曲模增长率与E×B剪切率的比值,来衡量电流密度引起的相位锁相和流剪切引起的相位失谐之间的竞争关系。当两者比值大于1时,相位将锁定在一个固定值,此时扭曲模存在本征解。当比值小于1时,相位进入到滑动或振荡状态,此时扭曲模无本征解。通过此非线性相动力学方法能够更直观地解释EE×BB剪切流对扭曲模致稳作用的复杂动力学过程。接下来,本文通过引入流体中涡旋波耦合的概念来分析环形等离子体边缘区联合模式的激发问题。除了常见的径向电场剪切解耦径向扰动速度和扰动位移,本文发现径向电场曲率倾向于使径向扰动速度和扰动位移实现相干,从而对磁流体模式有一个驱动作用。本文一个突出的结果是分析论证了径向电场曲率可以去稳原本稳定的扭曲模,从而形成一个涡旋-扭曲模联合模式。另外,径向电场的剪切和曲率的协同效应会显着影响涡旋-剥离气球模联合模式的稳定性边界,这提供了一种可能的ELMy H模与QH(Quiescent H mode)转换机制。本文最后研究了E×B剪切剖面对H模边缘磁流体模式引起的能量输运的影响。在径向电场曲率变化不大的前提下,当增强外剪切区域剪切时,增长率谱较窄,最不稳定模式的环向模数更低。在非线性阶段,磁流体模式趋向于达到一个相干的振荡态,类似于实验上带边缘谐振荡(Edge-Harmonic-Oscillation,EHO)的QH模状态。当增强内剪切区域剪切时,低环向模数的磁流体模式更加不稳定,而增长率谱较宽。在非线性阶段,边缘磁流体模式趋向于达到一个非相干的振荡状态,这类似于宽谱的QH模状态。本文所得到的结果加深了对边缘区磁流体模式相关物理现象的理解,对未来聚变堆先进运行模式物理设计和实验研究具有重要的参考和指导意义。
叶凯萱[2](2021)在《EAST托卡马克上边界和台基结构的实验研究》文中研究说明为了获得高的聚变功率,未来聚变装置(例如ITER以及CFETR装置)的高参数稳态运行等离子体将主要在伴随有边界局域模(ELM)的高约束模(H模)下运行。H模的一个典型特征是等离子体边界自发形成一个具有台基(pedestal)结构的输运垒。这种边界的台基结构对于聚变等离子体具有重要意义:一是离子径向输运水平被减小到新经典预测水平,使得等离子体约束性能大大改善;二是,实验上发现台基温度决定了芯部温度,进而很强地影响到整体能量约束和聚变产额;其次,实验上发现ELM行为与台基参数紧密相关。因此,对于边界和台基结构的准确测量和实验研究将有助于加深对台基形成机制的物理理解,更能为未来聚变反应堆的稳态运行提供优化方案。本论文是基于微波反射仪对边界和台基结构开展的一系列工作,主要包括以下三个部分:(1)本论文的前期工作是参与EAST上30-110 GHz的Q、V、W波段X模快扫频微波反射仪和20-40 GHz的O模涨落反射仪的搭建和升级改造工作。对于快扫频微波反射仪系统的改造升级,我们通过基于频率选择表面(FSS)的光学复用系统将三套子系统的入射微波耦合到同一条传输线进行发射和反射微波的解耦接收,这项工作是对于未来聚变堆上先进微波诊断的预研工作。结果表明基于光学复用系统的快扫频微波反射仪可以极大的减少中平面窗口的占用面积,同时获得较高时刻分辨的电子密度剖面。对于EAST上涨落相关反射的升级,我们在2018年发展一套新的采用O模极化的多道密度涨落相关反射仪,可以同时测量位于EAST边界台基区内4×2个(径向×极向)位置的电子密度涨落。快扫频微波反射仪和O模密度涨落反射仪的诊断结合将为边界和台基湍流和结构特征提供更多有效的信息。(2)本论文的算法工作包括三个部分:利用快扫频微波反射仪测得的拍频信号(或说是飞行时间,τF信号)对等离子体湍流的高敏感性的特点,发展一种基于快扫频微波反射仪来研究湍流行为时空演化的TOF算法。相比通过反演密度分布来研究密度涨落行为,基于反射仪拍频信号的TOF算法具有更加直观、准确的优点。这使得快扫频微波反射仪将提供一种额外的、可同时测量边界到芯部整个密度分布下的密度涨落行为的诊断手段。针对快扫频微波反射仪反演得到的密度分布会被背景湍流影响,导致其在径向上可能出现较大误差(即异常点),进而导致最小二乘法失效的弱点。提出了一种基于随机抽样一致思路来实现对密度分布(自动)优化拟合的改进RANSAC算法。另外,在改进RANSAC算法的基础上,进一步提出了结合遗传算法来加快迭代的GA-RANSAC算法。模拟和实验分布的拟合结果表明,相比传统的最小二乘法RANSAC和GA-RANSAC算法能够规避到异常点影响,实现对密度分布参数更加鲁棒、准确的估计。相比改进RANSAC算法的完全随机搜索策略,GA-RANSAC算法的自适应地全局搜索策略大大加快算法寻优速度,并且可以获得一系列稳定收敛的优化解。(3)本论文的物理研究主要是利用O模多道密度涨落反射仪发现一种与L-H转换相关的先兆环向对称磁振荡(AMO)现象,其特征频率范围在4-10 kHz。TOF算法表明AMO的出现位置位于L模边界梯度区。统计分析表明AMO的出现条件是当加热功率接近L-H转换阈值功率的时候。并且AMO可以在多个诊断系统中观察到,如微波反射仪,米尔诺夫线圈,偏滤器探针,测辐射热计,软x射线阵列以及Dα谱仪等。AMO的磁涨落结构为环向对称(n=0),极向为m=2的驻波结构。A1MO的密度涨落成分在径向近乎同相,即AMO径向不传播。进一步的实验结果表明AMO对密度/磁背景涨落存在明显的幅度调制作用,进而导致边界密度/密度梯度以及偏滤器靶板粒子流被AMO所调制。另外,双谱分析表明AMO与背景湍流存明显的非线性相互作用,而且与其他三个相干频点(~4,~11,~15)kHz也存在非线性相互作用,其中4 kHz模式的产生机制与能量传递方向目前尚不清楚。AMO的频率定标为fm∝(▽ne/Ip2)-1,结果表明AMO的频率改变可能与极向剪切流有关。然而,由于缺少径向电场Er的测量,湍流强度与E×B的相位关系目前尚不清楚,这需要进一步的研究。推测这种AMO现象的本质不是GAM,而是EAST上新发现的极限环振荡(LCO)行为。
陈美文[3](2021)在《EAST第一壁温度实时监测及偏滤器热负荷主动控制研究》文中指出在 EAST(Experimental Advanced Superconducting Tokamak)和未来的磁约束聚变装置中,偏滤器是等离子体和壁材料相互作用最剧烈的区域,在有限狭窄的打击点区域内承受着大量的稳态和瞬态热流。局部的高热负荷造成靶板材料的腐蚀和熔化,影响靶板和装置的运行安全,同时导致杂质进入主等离子体,影响等离子体性能。因此需要发展偏滤器热负荷的缓解技术主动的控制靶板上的局部高热负荷,降低靶板上的杂质溅射同时使靶板在安全的工况下运行,这是EAST未来实现更高参数长脉冲稳态实验运行目标的基础。因此,在长脉冲高参数等离子体运行实验中,实时监测第一壁关键部件的温度,发展主动的高热负荷区域热流缓解技术是对保护EAST装置安全运行和实现更高参数长脉冲放电具有重要意义。本论文工作依托国家大科学工程装置EAST,开展了用于监测分析等离子体与壁材料相互作用过程的光学诊断系统的建设和实验研究。通过在EAST上搭建两套大视场红外可见集成内窥镜系统,对天线保护限制器、偏滤器靶板等第一壁关键区域的表面温度和热流分布进行实时监测、主动控制和分析研究,主要工作内容如下:在EAST上搭建了两套大视场红外可见集成内窥镜系统。集成内窥镜系统采用红外和可见共光路设计,两套内窥镜分别从两个水平窗口(K,G)沿切向对内真空室第一壁进行监测。内窥镜可完整覆盖内真空室的极向截面,其中包括上钨铜偏滤器靶板、下石墨偏滤器靶板、面向中性束和电子回旋加热系统的高场侧、2.45GHz/4.6GHz低杂波天线端口以及部分离子回旋天线等第一壁关键区域。内窥镜后端分别安装红外波段(3-5um)和可见波段(0.38-0.76um)相机,可实时给出装置内部的等离子体放电位形图像以及第一壁关键部件的表面温度分布数据,为装置的安全运行提供保护,同时也为研究边界及偏滤器物理提供了重要诊断数据。基于大型有限元分析软件COMSOLMultiphysics,建立了 EAST钨铜偏滤器三维热负荷计算模型,利用红外热像仪测量的靶板温度作为边界条件反演计算靶板表面的二维热流分布。计算模型基于EAST钨铜偏滤器的真实尺寸、结构、材料属性构建,通过添加初始值、水冷、辐射、表面温度演化等定解条件进行计算。通过数值计算给出了靶板表面的二维热流分布、峰值热负荷以及靶板上沉积的总能量随时间的变化信息,并与偏滤器探针给出的靶板热流数据进行了比对,具有较高的一致性。基于发展的红外热像仪诊断,在EAST上首次建立了第一壁温度数据实时反馈系统。利用红外相机软件开发包(SDK)开发相机的控制和实时数据读取程序,同时进行发射率、透射率、环境温度等影响红外测温准确性因素的在线补偿,以获取被测材料的表面温度。获取到的温度将通过搭建的反射内存网络实时发送至等离子体控制系统(PCS),为下一步开展基于温度的反馈控制实验提供了必要条件。基于红外热像仪诊断所给出的材料表面温度数据,以及所发展的钨铜偏滤器三维热负荷计算模型,研究了目前EAST上开展的辐射偏滤器热负荷主动控制实验下的靶板温度及热负荷特性,提出了基于靶板温度开展辐射反馈控制实验的可能性。基于建立的第一壁温度数据实时反馈系统,发展了一种辐射偏滤器反馈控制新方法。通过将红外热像仪所测的靶板表面温度作为实时控制目标量,反馈控制偏滤器杂质充气,在EAST高约束模式放电条件下首次实现了基于壁表面温度的钨铜偏滤器靶板表面热流的主动控制。第一壁材料表面温度反馈控制作为一种新型的反馈控制方法,为EAST长脉冲运行第一壁部件的温度和热流控制提供了一种具备良好应用前景的方案。
林新[4](2021)在《EAST托卡马克磁场方向及杂质对ELM行为影响研究》文中研究说明能量约束对于未来聚变能的实用性至关重要。尽管托卡马克高约束模式(H模)的能量约束时间是低约束模式(L模)的2-3倍,但根据ITER98(y,2)定标率,能量约束时间随着功率的增加而下降,这对未来反应堆高功率运行是不利的。因而在H模运行模式下仍需进一步提高等离子体整体约束性能。EAST装置在射频波主导加热条件下普遍观察到上单零位形反场方向(纵场俯视逆时针)的等离子体性能明显好于顺场(纵场俯视顺时针),研究反场位形下等离子体性能改善背后的物理机制将有助于未来反应堆高功率高约束运行。在托卡马克高约束运行模式下,偏滤器靶板和第一壁将面临从主等离子体区输运过来的过量稳态热负荷的侵蚀。更严重的是,H模下伴随着周期性爆发的边界局域模(ELM),其带来的瞬态热负荷将严重侵蚀器壁材料。缓解稳态和瞬态热负荷是托卡马克高约束运行所面临一大挑战。基于外部主动注入杂质的辐射偏滤器技术是近年来发展的有效控制稳态热负荷的一种手段。大量实验表明,外部杂质注入不仅降低靶板热负荷,同时也会对等离子体约束和ELM行为产生重要影响。研究杂质影响能量约束和ELM行为背后的物理机制将为辐射偏滤器在未来反应堆上的应用提供实验参考和理论支持。本文首先建立了射频波主导加热的H模放电统计数据库,运用统计性分析和典型炮对比相结合的方法研究了反场射频波主导加热下等离子体性能改善的主要原因。统计发现反场下更好的等离子体性能主要源于芯部电子温度的显着增加。反场下等离子体性能的改善主要发生在高的低杂波(LHW)功率和有电子回旋共振(ECRH)芯部加热的放电条件下,且在其它放电条件相似的情况下,随着LHW功率的增加,等离子体性能改善更加明显。反场下刮削层密度和再循环水平比顺场更低。本文提出了一种可能的物理机制:反场下刮削层密度和再循环水平相对更低,有利于缓解LHW在边界上的参量衰变不稳定性,减少LHW在边界上的功率耗散,更多的LHW功率将渗透至等离子体芯部,从而获得更好的LHW加热效果,提高芯部电子温度。ELM行为方面,发现不同磁场方向下grassy ELM行为最大不同是反场下更容易出现一种簇状grassy ELM。本文详细分析了 type-Ⅲ ELM背景等离子体下杂质注入实验。实验上观察到杂质注入后,ELM行为从type-Ⅲ ELM转变为低频大幅度ELM,等离子体密度显着增加,能量约束水平没有发生明显下降;在台基区,台基顶部密度及密度梯度明显增加,温度有所下降,台基顶部压强和边界自举电流变化不大,台基压强梯度有所增加。密度显着增加的主要原因可能是杂质改善了粒子约束水平。更多实验表明大幅度ELM爆发与台基密度梯度密切相关。线性稳定性分析表明大ELM的平衡比type-Ⅲ ELM平衡更加不稳定,非线性模拟成功重建了大ELM和type-Ⅲ ELM的崩塌过程。密度梯度扫描的模拟表明,陡峭的密度梯度可以不依赖于对压强梯度和边界自举电流的改变,而通过双流体效应直接解稳低环向模数n和中等n剥离-气球(peeling-ballooning)模,这可能是本实验中杂质触发大ELM的主要原因。本文分析了大小ELM混合的mixed ELM背景等离子体下杂质注入实验。实验上观察到杂质注入后,ELM大部分被抑制且与偏滤器脱靶兼容,密度上升,能量约束水平改善,主要是芯部压强增加导致的;在台基区,台基密度宽度增加,密度梯度显着降低,边界温度下降,导致台基压强梯度和边界自举电流显着降低。研究发现,本实验ELM被抑制的主要物理机制是:杂质注入后台基碰撞率增加,ECM涨落强度增大,增强了台基区粒子向外输运,导致台基密度更加平缓,此外杂质降低边界温度,多种效应导致台基压强梯度和边界自举电流显着降低,使得台基更加稳定,ELM被抑制。基于EAST实验数据和NIMROD双流体模型,本文验证了 EAST装置上有效电荷数Zeff增加(即杂质水平增加)所带来的边界电阻率上升对低n和中等n的peeling-ballooning模具有稳定效应,且不依赖于Zeff剖面是否均匀,但EAST上的这种电阻稳定效应比NSTX装置更弱。这一结果有助于我们深入理解杂质改善约束和缓解ELM背后的物理机制。
李克栋[5](2021)在《EAST辐射偏滤器脱靶和靶板热负荷控制实验研究》文中提出偏滤器靶板热负荷一直是限制托卡马克装置长脉冲高参数运行的关键问题。对于ITER,稳态热负荷将达到40MW/m2,而type-ⅠELM爆发期间,瞬态热负荷将达到10MJ/m2,而ITER偏滤器靶板材料的稳态和瞬态热负荷极限仅为15MW/m2和0.5MJ/m2。对于将来的CFETR和聚变堆,偏滤器靶板稳态和瞬态热负荷将远超材料极限。国内外辐射偏滤器实验研究表明,通过从偏滤器区域充入N2,Ne,Ar等杂质气体,利用杂质粒子的电离和辐射等物理过程,可以实现脱靶和偏滤器靶板热负荷的有效控制。本论文依托于EAST装置辐射偏滤器系统,通过结合脱靶与grassy ELM H模,在保证芯部约束无明显下降的同时,实现了ITER-like W偏滤器靶板稳态和瞬态热负荷的有效控制。首先,进行了辐射偏滤器充气系统的升级改造。2017-2018年将辐射偏滤器系统压电阀全部放置于颈管外,并进行了一系列的检漏调试工作,保障了 2018-2020年辐射偏滤器物理和反馈控制实验的进行。2020-2021年,EAST下偏滤器由石墨偏滤器升级为全W偏滤器,相应进行了 EAST辐射偏滤器充气系统的硬件维护和升级。2016-2020年,为了实现EAST偏滤器靶板热负荷的有效测量,进行了表面热电偶的预研工作,验证了其在EAST等离子体环境中应用的可行性。其次,在EAST辐射偏滤器实验中,实现了偏滤器稳态脱靶和靶板稳态热负荷有效缓解。上单零位型反场条件下,从上外偏滤器区域充入Ar/Ne气都能实现上外偏滤器稳态部分能量脱靶,探针测得的上外偏滤器峰值热负荷下降超过70%,上外偏滤器打击点附近Tet下降到5eV左右,上外偏滤器区域C溅射得到有效的控制。在较高参数H模条件下,Ip=550kA,Pinj=3.7MW,进行了 CD4充气实验,将上外偏滤器靶板稳态峰值热负荷从4.6MW/m2下降到2.5MW/m2,下降约为45%,上外偏滤器打击点附近Tet控制在5eV以下。并且进行了脱靶过程中内外靶板不对称性,正反场辐射分布对比,辐射偏滤器与芯部兼容性等物理分析。然后,通过结合辐射偏滤器与grassy-ELM H模,实现了稳态和瞬态热负荷的有效缓解。EAST实验表明,grassy-ELM H模相较于type-I ELM H模瞬态热负荷仅为其5%-10%,相较于type-Ⅲ ELM H模,有更好的约束性能。为了兼顾瞬态和稳态热负荷缓解,从2018年开始,在EAST上将辐射偏滤器与grassy-ELM H 模相结合,实现了 grassy-ELM H 模区间 的稳态深度粒子脱靶,以及芯部约束略有改善的部分脱靶。并且通过对比分析,grassy ELM与辐射偏滤器脱靶相互兼容相互有利。在grassy-ELM H模还进行了脱靶反馈控制实验,通过新发展的脱靶反馈控制模式,在维持芯部约束性能无明显下降的基础上,实现了上外偏滤器靶板的有效保护。为了兼顾芯部约束性能,以及偏滤器靶板稳态和瞬态热负荷的缓解,部分脱靶与grassy-ELM H模相结合,是将来EAST以及聚变堆长脉冲高参数稳态运行非常有前景的运行模式之一。本论文率先开展该方面的实验研究,初步验证了辐射偏滤器与grassy-ELM H模相结合的可行性,为将来聚变堆运行提供了参考。但现EAST装置与聚变堆运行参数差距较大,将来还需在更高参数条件下进行探索。
陈夏华[6](2021)在《EAST偏滤器靶板ELM钨溅射及其控制研究》文中进行了进一步梳理边界局域模(ELM)是托卡马克装置中高约束运行模式下一种常见的磁流体不稳定性。在未来ITER运行中,ELM也是偏滤器寿命的主要限制因素之一。即使采用耐高温,具有高溅射阈值的钨材料,ELM所释放出的高能量粒子在偏滤器靶板上也会造成显着的钨溅射。这一方面会缩短偏滤器的寿命,另一方面所释放出的钨杂质一旦进入芯部还将降低主等离子体约束。因此,掌握ELM爆发期间的偏滤器钨溅射特性和机制,认识ELM控制手段对钨溅射的影响,对于ITER及未来聚变堆的设计运行具有重要意义。ELM作为一种持续时间在亚毫秒量级的瞬态事件,对其进行快速跟踪,并实现准确定量是对光谱诊断的一个挑战。本文将光电倍增管系统的高时间分辨特性与光谱仪系统的高波长分辨特性相结合,发展了 ELM钨溅射的定量方法,获得了连续的具有高时间分辨的ELM钨溅射的演化和分布信息,并将其应用于EAST钨偏滤器的ELM钨溅射研究中。通过系统的实验研究,发现ELM钨溅射在强度变化、时间特征和内外靶板不对称性等方面具有与热/粒子沉积不同的特征,并掌握了主要影响因素。ELM爆发期间偏滤器靶板的钨溅射速率可分为快速上升和缓慢衰减两个阶段,衰减阶段的钨溅射量约占单个ELM期间钨溅射总量的主要部分,且更容易受外部参数的影响。ELM期间,靶板上钨的有效溅射产额与上游台基电子温度成正比。同时等离子体中的杂质也会增强溅射。在已有的研究中,ELM热流密度上升阶段的持续时间与离子平行输运时间成正比,但这一关系对钨溅射并不成立。本文研究发现偏滤器靶板ELM钨溅射峰值信号与上游ELM爆发时刻存在时间延迟,该延迟时间可以反映离子平行输运特征时间,并且与台基碰撞率具有明显的依赖关系。在所研究的放电中,外靶板ELM峰值钨溅射始终强于内靶板,受放电参数的影响也更显着,并与ELM的热/粒子沉积特性不同。外靶板ELM钨溅射峰值强度与内靶板峰值强度的比值范围为2-10,并且受到主等离子体密度、纵场方向、ELM幅度、放电等离子体种类的影响。初步的模拟分析显示,靶板表面局部的杂质沉积状况可能是一个重要的影响因素。论文对比了自然ELM、共振磁扰动(RMP)以及低杂波(LHW)三种条件下对ELM钨溅射的控制效果以及机制上的差异。三种条件下,单个ELM引起的钨溅射量都出现降低,且由衰减阶段钨溅射量的减少所主导。但是,ELM钨溅射与ELM频率的关系在三种条件下存在显着的差异,这与台基电子温度随ELM频率的依赖关系有关。在特征时间方面,与自然ELM条件下不同,RMP和LHW作用下的ELM钨溅射上升时间明显增加,其延迟时间不一定能反映离子平行输运特性,这可能说明三维扰动场改变了 ELM期间的输运动力学。在适当的上下RMP线圈相位差下,发现RMP在有效缓解ELM钨溅射的同时也实现了偏滤器部分脱靶,这有利于促进稳态和瞬态钨溅射的协同控制。此外,还研究了氖(Ne)杂质注入,离子回旋加热手段对ELM钨溅射的缓解作用,但是这些缓解的条件与其它运行要求如偏滤器脱靶等的兼容性还需进一步的研究。
王俊儒[7](2021)在《真空技术在托卡马克杂质控制与粒子清除相关的应用研究》文中研究说明托卡马克磁约束聚变装置中,真空技术的应用和发展为托卡马克各级真空室提供良好的真空环境及壁条件,满足等离子体放电与装置高效运行的需求。本论文围绕托卡马克真空技术的发展与应用,针对壁处理过程中氘粒子清除率测量,以及杂质粒子清除等托卡马克真空运行中的关键问题,开展了相互关联而深入的研究,取得了下列的研究成果。在托卡马克装置真空技术发展方面,利用SRS-RGA200质谱计在40 eV和70 eV两个电离能对氘氦电离几率不同的特性,实现在总压10-6~10-2 Pa范围内,对氘气含量1~100%的氘氦混合气体的进行区分和分压测量。新发展的质谱分辨技术成功应用于氦辉光放电清洗期间的氘清除率测量,获得了 4-12 A清洗电流下的氘清除率数据。该实验研究为托卡马克提供了一种适用于中真空到超高真空气压范围、经济高效的真空测量技术。在真空壁处理控制等离子体杂质方面,针对EAST装置真空泄漏后真空条件快速恢复问题,开展了真空表面清洗和表面涂层对粒子清除效果和杂质控制的实验研究。研究表明,通过高温烘烤和放电清洗累积清除壁上的水和氢杂质分别为39.9克和28.2克,使装置的本底真空达到3.0× 10-6 Pa。经过3天约1700秒等离子体锻炼和锂化涂层处理有效地缓解了等离子体与壁相互作用,氢氘比也被控制在0.2,稳定的等离子体放电脉冲也得以重新建立。同时,装置内引起钨溅射的碳杂质含量减少约80%,等离子体中钨含量降低了约60%,达到了从源头控制钨溅射的效果。实验结果表明了强有力的真空壁处理能够实现泄漏后等离子体放电快速恢复。该研究也加深了锂化涂层对杂质控制机制的理解,进一步证实了锂化对杂质控制的效果。最后,集成应用真空技术研制了一套能够与EAST并行交叉实验的溅射平台。利用真空抽气技术、真空测量技术、真空表面处理和真空涂层技术研制了该装置的等离子体源、诊断系统、抽气系统、壁处理系统和磁体等关键模块。该装置的运行实验结果表明,材料溅射实验平台具有参数调节灵活等优点,拥有10-5 Pa超高真空环境和0.63 T稳态强磁场的运行能力,等离子体密度1018~1020 m-3、电子温度1~10 eV,可以为聚变堆材料性能研究和发展高效真空壁处理技术提供科学研究平台。综上所述,真空粒子清除、真空测量、真空表面处理和真空涂层等先进真空技术在托卡马克杂质控制与清除研究中进行了有效的应用。本论文发展了燃料粒子清除、氘清除率测量的托卡马克真空技术,阐明了真空壁处理控制EAST装置杂质源的机制,为提高EAST托卡马克高参数、长脉冲等离子体的运行能力提供科学手段。
刘祺[8](2021)在《脉冲等离子体推力器工作过程等离子体机理研究》文中研究表明脉冲等离子体推力器(Pulsed Plasma Thruster,PPT)以其功率灵活可变、结构简单、可靠性高、在低功率下能够保持高比冲等特点,可用于执行微小型卫星的姿态控制、阻力补偿以及星座相位控制等任务。随着PPT受到越来越多的关注,如何研制高性能的PPT成为一个亟待解决的问题。等离子体的产生和加速过程直接影响着推力器的性能,因此有必要从PPT的工作过程出发,对放电通道内等离子体的产生和演化机制开展深入研究,揭示推力器设计参数对工作过程产生影响的物理机制,从机理层面对推力器的优化和改进提出建议。主要研究内容包括:针对PPT的工作特点以及电极结构特征建立放电通道磁场计算模型,在此基础上分析磁场随放电进程的变化规律以及电极构型对磁场的影响。在磁场特性研究中发现,阳极弯折结构的设计能够有效增大推进剂表面附近的磁感应强度,促进等离子体的电磁加速效应;电极间距或扩张角的变化能够影响磁感应强度的大小,表明电极构型的改进设计是提升电磁加速效果、优化推力器性能的重要途径。建立基于蒙特卡洛碰撞方法的粒子网格二维数值模型,开展PPT工作过程的数值模拟研究,揭示了脉冲电磁作用下等离子体的运动扩散机理。仿真研究发现,在放电过程中电子密度呈现由阴极到阳极逐渐减小的整体分布特点;而从放电通道上游到下游的电子分布则随时间的推移而变化。电子在通道内的运动特性呈现先由阴极向阳极扩散、再由放电通道上游向下游扩散的趋势,该扩散特性与电磁场的变化特点有关,即电场为电子提供初期的动能,洛伦兹力驱使具有一定动能的电子向下游扩散。在放电电流的峰值时刻,计算域内电子密度最高达到1023m-3量级。结合PPT等离子体特性随放电进程变化的特点,提出基于发射光谱数据的相对离子密度诊断方法,归纳等离子体特性的演化规律,剖析放电通道内等离子体的产生和发展过程机理。诊断结果揭示了放电过程中在推进剂表面附近电子、离子和原子的相对密度变化规律:放电起始阶段电子迅速富集、扩散,电子密度达到1023m-3量级,构成脉冲放电初期电极间形成电弧通路的载体;三种粒子的演化规律表明PPT放电依次经历雪崩-分解-电离这一系列物理及化学过程,而这些过程的不同步所导致的电离不充分现象,是造成PPT电离率低下的原因之一。这是PPT工作原理中难以改变的固有过程,需要从机理层面出发来考虑有效提升PPT电离效果的途径。在PPT放电通道内,形成了两团平均速度分别为20.2km/s和12.1km/s的离子,第二团离子产生时放电电流和电压均下降到较低的水平,无法继续为其提供大幅加速的条件,使这部分离子难以得到充分加速。在机理分析的基础上,以性能优化为目的,从提升电磁加速和增强电离效果两方面入手开展进一步的研究。在电磁加速方面,由于PPT工质表面的放电烧蚀以及工质电离和等离子体加速等过程集中在放电室内,因此通过研究不同放电室构型参数条件下的推力器的放电特性并预估电磁冲量性能,揭示放电室构型对推力器工作过程和加速性能的影响机制。研究结果表明,增大电极高宽比使电感梯度提高,而增大推进剂表面附近的电极间距会使放电电流峰值降低。考虑到放电电流集中在推进剂表面附近,电流峰值主要受到放电室上游电极间距的影响,因此采用在放电室下游增大电极扩张角的方法可使电极高宽比增大,这种空间上的分离解决了增大电流峰值与提高电感梯度之间的矛盾,实现了推力器电磁冲量的提升。在提升电离效果方面,采用理论分析与放电实验结合的研究方法,开展两级放电PPT的逐级放电特性研究,系统地分析电参数的配置对放电过程的影响机制,并通过光学诊断方法研究次级放电区等离子体的放电现象。在放电特性研究中发现PPT工作过程存在次级电容充电现象,依据电场仿真分析,该现象发生的机理是两级放电的阳极之间电势差引起了等离子体的输运。滤光图像和光谱诊断研究发现,在本文的逐级放电工况条件下,次级放电过程中产生了一价碳离子,并且PPT初级放电产生的等离子体运动到次级放电区时能够得到进一步的电离。在相同的总储能条件下,初级放电与次级放电储能比为1.77时的比冲相对于传统工作模式提升了约52%,效率由5.6%提升至8.4%。
刘耀远[9](2021)在《光学集体汤姆逊散射诊断方法发展及应用》文中提出在惯性约束聚变研究中,辐射流体力学模拟结果与实验观测之间存在系统性偏差,这表明尚有重要的物理过程没有被现有的辐射流体模型包括,导致目前仍未能按照预期实现聚变点火。物理建模的高准确性对等离子体参数的诊断精度提出了更高的要求。本论文针对冕区激光等离子体物理的研究需求,提出了优化光学集体汤姆逊散射(Thomson scattering)诊断精度的新方法,开展了验证性实验;并用新型汤姆逊散射诊断方法,对非均匀等离子体中的输运过程进行了实验研究。本论文在Thomson散射诊断方法和理论方面的成果有:1)提出多角度Thomson散射诊断方法,蒙特卡罗模拟分析表明,该方法可显着提升等离子体参数诊断精度;2)在数据处理方法方面,引入最小二乘法拟合和不确定度分析,可以系统性地分析诊断方法的特性,从而针对性地优化实验设计;3)从理论上阐明了热力系数与广义电子-离子漂移速度的关系,并首次提出利用Thomson散射离子声共振峰不对称性诊断热力系数。为了验证多角度Thomson散射诊断方法,我们在焦耳级激光装置上开展了实验,除了同时测量两个角度的时间演化离子声波特征谱,还布置了全息干涉诊断和单角度电子特征谱用以诊断电子密度,从实验上证实了双角度离子声波特征谱可以诊断电子密度,相比单角度离子声波特征谱诊断,新方法的电子密度诊断精度从原来高于100%提高到~30%。我们在十万焦耳级激光装置神光-180 kJ上开展了三支路Thomson诊断,尽管受参数限制导致双角度Thomson散射诊断未能给出有效的电子密度,但是电子温度的诊断精度提高到~10%。实验研究表明双角度Thomson散射诊断在无量纲散射参数α=(kλDe)-1位于1~2之间时适用。我们发现Thomson散射离子声波特征谱的不对称性与电子的热力系数密切相关,这为利用汤姆逊散射研究温度梯度驱动的电子输运提供了一个新的思路。我们结合辐射流体模拟和Fokker-Planck模拟,给出了不同空间位置热力系数的演化,当存在非局域效应时,热力系数显着偏离局域理论的结果。通过分析焦耳级Thomson散射实验结果,我们首次给出了热力系数的实验演化情况,尽管细节与模拟结果不同,但趋势大体接近。
向皓明[10](2021)在《EAST极向相关反射计的发展与湍流的实验研究》文中指出在磁约束聚变等离子体研究中,等离子体的反常输运现象一直是目前研究的重点之一。微观尺度的漂移波湍流被广泛的认为是驱动等离子体反常输运的主要原因。同时,微观尺度和中等尺度湍流的相互作用在很大程度上能够影响等离子体的粒子和能量输运。研究并理解湍流引起的输运过程能够更好的服务于等离子体输运机制的研究,从而优化等离子体性能,提高等离子体约束。因此,深刻的理解不同类型湍流的控制与发展、饱和和致稳机制是十分必要的。湍流的实验观测是进行相关物理研究的前提,其最大的挑战是湍流的测量和后续深入的研究都需要极高的的时间(微秒)和空间尺度(毫米)。基于微波反射原理的极向相关反射计是一种具有高时空分辨率的湍流诊断,通过多接收天线的阵列不仅可以测量局域的湍流信息,分析湍流的基本结构,还可以基于合理的假设测量等离子体垂直旋转速度及其剪切,进而得到径向电场及其剪切的演化,为后续物理分析提高有力的诊断支撑。本论文的工作是在目前磁约束聚变研究两个重要的装置-EAST全超导托卡马克和Wendelstein 7-X仿星器上完成,具体讨论了用于等离子体湍流测量的极向相关反射仪系统的研制及相关的物理研究。在EAST上研制了第一套O模极化(多固定频点,20.4GHz、24.8GHz、33GHz、40GHz)的极向相关反射计系统。O模极化的相关反射计其截止密度只与等离子体电子密度相关,从而不受EAST装置约束磁场变化的影响。诊断系统的发展包括系统原理设计、微波源的选择、天线阵列的布置以及最后的数据采集和控制。通过对关键微波器件的测试,优化了系统的性能。整套系统自2018年完成系统搭建测试工作之后,便投入到EAST物理实验进行等离子体湍流的测量。借助于研制的O模极化相关反射计系统,分析了在EAST装置H-mode期间台基区鲜有报道的低频相干振荡(≈1kHz)。此低频相干振荡具有环向对称性(n=0),极向为m=1的驻波结构,且内外不对称(in-out asymmetry)。台基湍流,台基密度剖面以及偏滤器靶板的粒子通量都受到了此低频模式的调制。在台基湍流(<400kHz)抑制期间,出现了一种高频湍流(>500kHz),进一步分析表明此高频湍流的出现伴随着温度台基高度的饱和,即其具有微撕裂模湍流的特征,能够驱动向外的热输运。在W7-X仿星器磁岛偏滤器实验中,借助于扫频的极向相关反射计系统,研究了在标准磁场位型下存在于最外闭合磁面之外,在刮削层和残存磁岛区的低频相干涨落(1kHz-2kHz)。与EAST结果类似,此低频模式明显的调制背景湍流。同时,研究发现此低频相干模式还明显的调制等离子体极向流。研究了此低频相干振荡对于等离子体宏观参数的依赖关系,等离子体加热功率和边界磁拓扑的改变都能够触发此相干模式,此依赖关系的具体的动力学过程有待深入研究。本论文基于极向相关反射计研究了在不同类型的磁约束聚变装置,不同等离子体运行模式下的低频相干涨落/振荡。研究表明此低频相干涨落/振荡能够明显的调制等离子体湍流和极向流。研究结果对于宏观的不稳定性与微观湍流的相互作用、三维磁拓扑对于宏观磁流体动力学不稳定性的影响等相关物理问题具有重大的参考意义。
二、日本实现一亿度的等离子体电子温度(论文开题报告)
(1)论文研究背景及目的
此处内容要求:
首先简单简介论文所研究问题的基本概念和背景,再而简单明了地指出论文所要研究解决的具体问题,并提出你的论文准备的观点或解决方法。
写法范例:
本文主要提出一款精简64位RISC处理器存储管理单元结构并详细分析其设计过程。在该MMU结构中,TLB采用叁个分离的TLB,TLB采用基于内容查找的相联存储器并行查找,支持粗粒度为64KB和细粒度为4KB两种页面大小,采用多级分层页表结构映射地址空间,并详细论述了四级页表转换过程,TLB结构组织等。该MMU结构将作为该处理器存储系统实现的一个重要组成部分。
(2)本文研究方法
调查法:该方法是有目的、有系统的搜集有关研究对象的具体信息。
观察法:用自己的感官和辅助工具直接观察研究对象从而得到有关信息。
实验法:通过主支变革、控制研究对象来发现与确认事物间的因果关系。
文献研究法:通过调查文献来获得资料,从而全面的、正确的了解掌握研究方法。
实证研究法:依据现有的科学理论和实践的需要提出设计。
定性分析法:对研究对象进行“质”的方面的研究,这个方法需要计算的数据较少。
定量分析法:通过具体的数字,使人们对研究对象的认识进一步精确化。
跨学科研究法:运用多学科的理论、方法和成果从整体上对某一课题进行研究。
功能分析法:这是社会科学用来分析社会现象的一种方法,从某一功能出发研究多个方面的影响。
模拟法:通过创设一个与原型相似的模型来间接研究原型某种特性的一种形容方法。
三、日本实现一亿度的等离子体电子温度(论文提纲范文)
(1)磁约束等离子体边缘区磁流体模式的相动力学研究(论文提纲范文)
摘要 |
abstract |
第一章 绪论 |
1.1 核聚变能源发展的必要性和紧迫性 |
1.2 托卡马克概述 |
1.3 环形托卡马克中的先进运行模式 |
1.4 刮削层与偏滤器物理 |
1.5 论文结构安排 |
第二章 相动力学理论介绍 |
2.1 背景概述 |
2.2 同步现象 |
2.3 Kuramoto模型与相动力学 |
2.4 相动力学在磁约束聚变中的应用 |
第三章 剪切流下理想扭曲模的非线性相位动力学 |
3.1 背景概述 |
3.2 非线性相动力学模型 |
3.3 电流和E×B剪切流的协同作用 |
3.4 本章小结和讨论 |
第四章 径向电场曲率对边缘磁流体模式的激发 |
4.1 背景概述 |
4.2 基本物理与基本模型 |
4.3 涡旋-扭曲模的理论模型 |
4.4 涡旋-扭曲模的数值模拟 |
4.5 涡旋-剥离气球模的数值模拟 |
4.6 本章小结和讨论 |
第五章 不同的径向电场剖面对边缘运行模式的选择 |
5.1 背景概述 |
5.2 物理模型介绍 |
5.3 实现ELMy H模 →QH模转换所需的临界E×B速度剪切的探究 |
5.4 通过增加环向旋转来调节E×B剪切剖面以及其对边缘运行模式的影响 |
5.5 临界剪切率大小的重要性 |
5.6 本章小结和讨论 |
第六章 总结与展望 |
参考文献 |
附录A 约化磁流体方程与理想扭曲模色散关系的推导 |
A.1 约化磁流体(Reduced MHD)方程的推导 |
A.2 理想扭曲模(Kink Mode)色散关系的推导 |
附录B BOUT++简介 |
B.1 BOUT++的基本结构 |
B.2 BOUT++三场模型的推导 |
在学期间研究成果 |
致谢 |
(2)EAST托卡马克上边界和台基结构的实验研究(论文提纲范文)
摘要 |
ABSTRACT |
第1章 前言 |
1.1 核聚变与托卡马克 |
1.1.1 聚变反应与劳森判据 |
1.1.2 托卡马克装置与等离子体约束模式 |
1.1.3 EAST全超导托卡马克装置 |
1.2 边界和台基结构的研究现状综述 |
1.2.1 高约束模及其特征 |
1.2.2 边界和台基结构与参数预测 |
1.2.3 台基湍流与回旋动理学模拟 |
1.3 本论文结构介绍 |
第2章 微波反射仪基本原理与研究现状 |
2.1 磁化等离子体中的电磁波 |
2.2 微波反射仪的基本原理 |
2.2.1 密度涨落的测量 |
2.2.2 密度剖面的测量 |
2.3 国内外微波反射仪的发展与研究现状 |
2.3.1 其它装置上的微波反射仪 |
2.3.2 EAST装置上的微波反射仪 |
2.4 本章讨论与小结 |
2.4.1 讨论 |
2.4.2 小结 |
第3章 常用数据处理方法 |
3.1 剖面微波反射仪的密度反演算法 |
3.1.1 传统反演方法 |
3.1.2 改进算法 |
3.1.3 基于神经网络的反演方法 |
3.1.4 基于卷积神经网络的X模微波反射仪密度零点位置确定方法 |
3.2 湍流数字信号的分析方法 |
3.2.1 时域算法 |
3.2.2 频域算法 |
3.2.3 时频域算法 |
3.3 本章小结 |
第4章 基于快扫频微波反射仪的先进数据算法 |
4.1 基于快扫频微波反射仪拍频信号研究MHD行为的TOF算法 |
4.1.1 引言 |
4.1.2 TOF算法原理 |
4.1.3 TOF算法结果: 以撕裂模为例 |
4.2 基于随机抽样一致思路对密度剖面的优化拟合算法(modifiedRANSAC) |
4.2.1 随机抽样一致算法(RANSAC)的基本思路:以简单拟合为例 |
4.2.2 改进的随机抽样一致算法(modified RANSAC)算法框架 |
4.2.3 modified RANSAC算法结果Ⅰ: 模拟分布 |
4.2.4 modified RANSAC算法结果Ⅱ: 实验分布 |
4.3 基于随机抽样一致算法与遗传算法加速迭代的优化拟合算法(GA-RANSAC) |
4.3.1 遗传算法(GA)介绍 |
4.3.2 GA-RANSAC算法框架 |
4.3.3 GA-RANSAC算法细节 |
4.3.4 GA-RANSAC算法结果Ⅱ: 模拟分布 |
4.3.5 GA-RANSAC算法结果Ⅱ: 实验分布 |
4.4 本章讨论与小结 |
第5章 L-H转换的先兆低频环向对称磁振荡(AMO)的实验研究 |
5.1 实验参数与诊断分布 |
5.1.1 诊断分布 |
5.1.2 实验参数 |
5.2 AMO的结构与位置 |
5.2.1 通过磁探针阵列获得AMO的环/极向结构 |
5.2.2 通过O模密度涨落反射仪获得AMO的径向结构 |
5.3 AMO的出现条件与L-H转换阈值相关 |
5.4 AMO的模频率定标研究 |
5.5 AMO对密度/磁涨落的幅度调制及其影响 |
5.5.1 AMO对密度/磁涨落的幅度调制 |
5.5.2 AMO与背景湍流的三波相互作用 |
5.5.3 AMO对等离子体密度边界结构/粒子输运的影响 |
5.5.4 其它观察: AMO与一种4kHz n=0模式的相互作用 |
5.6 本章讨论与小结 |
5.6.1 讨论 |
5.6.2 小结 |
第6章 总结与展望 |
6.1 论文工作总结 |
6.2 未来工作展望 |
参考文献 |
致谢 |
在读期间发表的学术论文与取得的研究成果 |
(3)EAST第一壁温度实时监测及偏滤器热负荷主动控制研究(论文提纲范文)
摘要 |
Abstract |
第1章 引言 |
1.1 聚变能原理 |
1.2 托卡马克装置简介 |
1.3 偏滤器等离子体概述 |
1.3.1 等离子体位形 |
1.3.2 刮削层一维模型 |
1.3.3 偏滤器运行机制 |
1.3.4 偏滤器热负荷主动控制 |
1.4 EAST全超导托卡马克 |
1.5 本论文研究内容与意义 |
第2章 红外热像仪诊断概述 |
2.1 黑体辐射基本定律 |
2.1.1 普朗克黑体辐射定律 |
2.1.2 维恩位移定律 |
2.1.3 斯特藩-玻尔兹曼定律 |
2.2 实际物体的红外辐射 |
2.3 红外热像仪工作原理简介 |
2.4 红外热像仪诊断研究现状 |
2.4.1 国内外装置上的红外热像仪诊断 |
2.4.2 ITER红外热像仪诊断设计 |
2.5 第一壁温度反馈控制概述 |
2.5.1 ASDEX Upgrade实时红外温度反馈系统开发 |
2.5.2 Tore supra实时温度反馈控制射频波注入功率 |
2.5.3 Alcator C-Mod实时热流反馈控制偏滤器杂质充气 |
2.6 本章小结 |
第3章 EAST红外热像仪诊断系统研制 |
3.1 大视场红外可见集成内窥镜系统研制 |
3.2 数据采集及显示系统搭建 |
3.3 红外高分辨铜镜反射系统升级 |
3.4 本章小结 |
第4章 EAST钨铜偏滤器热负荷数值计算 |
4.1 传热学基础 |
4.1.1 EAST偏滤器涉及的传热过程 |
4.1.2 导热方程及定解条件 |
4.2 热传导问题数值计算 |
4.2.1 数值求解基本步骤 |
4.2.2 建立节点的离散方程 |
4.3 EAST石墨偏滤器热负荷数值计算程序简介 |
4.4 基于COMSOL Multiphysics的EAST钨铜偏滤器热负荷计算 |
4.4.1 有限元理论及COMSOL Multiphysics简介 |
4.4.2 钨铜偏滤器数值计算模型建立 |
4.4.3 热负荷计算及结果分析 |
4.5 本章小结 |
第5章 EAST红外热像仪实时温度反馈控制研究 |
5.1.1 GenAPi模块 |
5.1.2 GenTL模块 |
5.2 温度在线校准和补偿 |
5.3 实时温度反馈程序(RTF)测试 |
5.4 EAST第一壁温度数据实时反馈 |
5.5 本章小结 |
第6章 EAST偏滤器热负荷主动控制研究 |
6.1 EAST辐射偏滤器及脱靶反馈控制实验概述 |
6.2 辐射偏滤器下靶板温度和热负荷特性分析 |
6.3 基于靶板温度的辐射偏滤器反馈控制新方法 |
6.4 本章小结 |
第7章 全文工作总结及展望 |
7.1 全文总结 |
7.2 本论文创新点 |
7.3 未来工作展望 |
参考文献 |
致谢 |
博士在读期间发表的学术论文与取得的其他研究成果 |
(4)EAST托卡马克磁场方向及杂质对ELM行为影响研究(论文提纲范文)
摘要 |
Abstract |
第一章 引言 |
1.1 人类对新能源的需求 |
1.2 受控热核聚变与托卡马克装置 |
1.3 等离子体高约束模式(H模) |
1.4 台基结构与边界局域模(ELM) |
1.5 本文研究内容与意义 |
第二章 H模约束改善与边界局域模研究概述 |
2.1 H模运行模式下的约束改善研究 |
2.2 H模运行模式下稳态和瞬态热负荷问题 |
2.2.1 稳态热负荷问题 |
2.2.2 大幅度ELM带来的瞬态热负荷问题 |
2.2.2.1 ELM的分类 |
2.2.2.2 ELM的控制方法 |
2.3 磁场方向对等离子体影响的研究 |
2.4 杂质对等离子体约束和ELM行为影响的研究 |
2.4.1 JET上杂质注入实验研究 |
2.4.2 ASDEX-Upgrade上杂质注入实验研究 |
2.4.3 Alcator C-Mod上杂质注入实验研究 |
2.4.4 DⅢ-D上杂质注入实验研究 |
2.4.5 JT-60U上杂质注入实验研究 |
2.4.6 HL-2A上杂质注入实验研究 |
2.5 本章小结 |
第三章 EAST上磁场方向对等离子体性能和ELM行为影响研究 |
3.1 EAST托卡马克装置简介 |
3.2 反场位形下等离子体性能改善 |
3.3 反场射频波主导加热下等离子体性能改善的统计分析 |
3.3.1 统计分析数据库 |
3.3.2 不同磁场方向下等离子体分布比较 |
3.3.2.1 电子温度分布比较 |
3.3.2.2 芯部离子温度比较 |
3.3.2.3 电子密度分布及边界湍流强度比较 |
3.4 反场下等离子体性能改善的物理机制探索 |
3.4.1 反场下刮削层密度与边界再循环特征 |
3.4.2 反场下低杂波的加热效果 |
3.4.3 反场下等离子体性能改善对低杂波功率的依赖 |
3.4.4 ECRH对反场等离子体性能改善的影响 |
3.4.5 不同磁场方向下刮削层密度和再循环水平差异原因的讨论 |
3.4.5.1 偏滤器E×B流对上游密度的影响 |
3.4.5.2 不同磁场方向下偏滤器粒子排出能力 |
3.4.6 其它可能影响等离子体约束性能的物理机制 |
3.4.6.1 径向电场剪切的作用 |
3.4.6.2 环向旋转的作用 |
3.4.6.3 边界磁剪切的作用 |
3.5 不同磁场方向下grassy ELM行为的比较 |
3.6 本章小结 |
第四章 EAST上杂质对ELM行为影响研究 |
4.1 Type-Ⅲ ELM下杂质对ELM行为影响研究 |
4.1.1 Type-Ⅲ ELM背景等离子体下杂质注入实验 |
4.1.2 杂质辐射与钨的溅射 |
4.1.3 台基剖面的变化 |
4.1.4 粒子约束水平改善 |
4.1.5 ELM幅度与密度之间的关系 |
4.1.6 台基稳定性分析 |
4.1.7 密度梯度扫描模拟 |
4.1.8 杂质触发type-Ⅲ ELM向大ELM转换的研究小结 |
4.2 Mixed ELM下杂质对ELM行为影响研究 |
4.2.1 Mixed ELM背景等离子体下杂质注入实验 |
4.2.2 杂质对偏滤器状态的影响 |
4.2.3 杂质对台基剖面和边界湍流的影响 |
4.2.4 台基稳定性分析 |
4.2.5 杂质抑制mixed ELM的研究小结及讨论 |
第五章 杂质对台基不稳定性影响的模拟研究 |
5.1 NIMROD程序简介 |
5.2 NSTX上有效电荷数对台基不稳定性影响模拟研究概况 |
5.3 EAST实验与平衡 |
5.4 有效电荷数扫描的模拟结果 |
5.5 本章小结 |
第六章 总结与展望 |
6.1 论文总结 |
6.2 工作展望 |
参考文献 |
致谢 |
在读期间发表的学术论文与取得的其他研究成果 |
(5)EAST辐射偏滤器脱靶和靶板热负荷控制实验研究(论文提纲范文)
摘要 |
ABSTRACT |
第1章 绪论 |
1.1 核聚变 |
1.2 托卡马克简介 |
1.3 偏滤器 |
1.4 辐射偏滤器与脱靶 |
1.5 本论文研究内容与意义 |
第二章 辐射偏滤器与脱靶相关物理机制 |
2.1 鞘层限制状态和热传导限制状态 |
2.2 两点模型 |
2.2.1 基本的两点模型 |
2.2.2 修正后的两点模型 |
2.3 脱靶状态 |
2.3.1 部分脱靶与完全脱靶 |
2.3.2 能量脱靶与粒子脱靶 |
2.4 边界杂质输运与辐射特性 |
2.4.1 边界杂质输运机制 |
2.4.2 杂质辐射特性 |
2.5 本章小结 |
第三章 EAST辐射偏滤器及相关诊断系统 |
3.1 EAST辐射偏滤器充气系统 |
3.1.1 辐射偏滤器充气系统要求 |
3.1.2 2017-2020年辐射偏滤器充气系统 |
3.1.3 2020-2021年辐射偏滤器充气系统升级 |
3.2 表面热电偶预研工作 |
3.2.1 表面热电偶简介 |
3.2.2 EAST表面热电偶测试工作 |
3.2.3 EAST下偏滤器表面热电偶初步设计方案 |
3.3 其他诊断系统 |
3.4 本章小结 |
第四章 辐射偏滤器脱靶与靶板稳态热负荷控制实验 |
4.1 辐射偏滤器运行模式的发展 |
4.2 W偏滤器靶板保护 |
4.2.1 上外偏滤器部分能量脱靶 |
4.2.2 内外偏滤器不对称性 |
4.3 正反场辐射分布对比 |
4.4 辐射偏滤器脱靶与芯部兼容性 |
4.5 本章小结 |
第五章 辐射偏滤器脱靶与靶板瞬态热负荷控制实验 |
5.1 ELM与瞬态热负荷 |
5.2 Mixed-ELM H模辐射偏滤器实验 |
5.3 Grassy-ELM H模与辐射偏滤器兼容性 |
5.3.1 Grassy-ELM H模深度粒子脱靶实验 |
5.3.2 Grassy-ELM H模部分脱靶实验 |
5.3.3 兼容性讨论 |
5.4 Grassy-ELM H模脱靶反馈控制实验 |
5.4.1 T_(et)与总辐射功率相结合的反馈控制模式 |
5.4.2 脱靶反馈控制实验结果分析 |
5.5 本章小结 |
第六章 总结与展望 |
6.1 总结 |
6.1.1 研究进展总结 |
6.1.2 创新性总结 |
6.2 展望 |
参考文献 |
致谢 |
在读期间发表的学术论文与取得的其他研究成果 |
(6)EAST偏滤器靶板ELM钨溅射及其控制研究(论文提纲范文)
摘要 |
Abstract |
第1章 绪论 |
1.1 可控磁约束聚变 |
1.2 托卡马克等离子体的约束及边界局域模 |
1.3 ELM对材料的损伤 |
1.3.1 ELM在靶板所产生的热负荷 |
1.3.2 ELM对材料的溅射作用 |
1.4 ELM钨溅射与粒子/热沉积的区别和联系 |
1.5 常见的ELM控制手段 |
1.5.1 利用磁场扰动(RMP、LHW)对ELM进行控制 |
1.5.2 利用弹丸注入对ELM进行控制 |
1.5.3 利用杂质对ELM进行控制 |
1.5.4 其它ELM控制方法 |
1.6 本文的主要内容及研究意义 |
第2章 偏滤器靶板ELM钨溅射的物理模型 |
2.1 ELM期间SOL输运模型 |
2.1.1 自由流模型 |
2.1.2 动理学模型 |
2.1.3 流体模型 |
2.2 材料物理溅射模型 |
2.3 ELM期间钨溅射的简化模型 |
2.4 本章小结 |
第3章 ELM钨溅射的诊断方法 |
3.1 光谱诊断 |
3.2 其它相关诊断 |
3.3 本论文中光谱数据处理方法的应用与发展 |
3.3.1 连续谱本底的扣除 |
3.3.2 ELM钨溅射定量数据的获得 |
3.3.3 相干平均法 |
3.3.4 ELM钨溅射的特征时间 |
3.4 本章小结 |
第4章 EAST中偏滤器靶板ELM钨溅射的基本特征 |
4.1 不同ELM尺度下偏滤器靶板钨溅射的基本特征 |
4.1.1 与台基参数的基本关系 |
4.1.2 ELM钨溅射时间特征分析 |
4.2 杂质以及He对ELM钨溅射的影响 |
4.3 ELM钨溅射的偏滤器内外不对称性 |
4.4 本章小结 |
第5章 主动ELM控制条件下偏滤器靶板钨溅射行为 |
5.1 RMP对ELM钨溅射的影响 |
5.2 LHW对ELM钨溅射的作用 |
5.3 自然ELM,RMP和LHW控制条件下钨溅射时间演化的比较 |
5.4 杂质气体注入条件下ELM钨溅射的行为 |
5.5 ICRF对ELM钨溅射的缓解作用 |
5.6 本章小结 |
第6章 总结与展望 |
6.1 总结 |
6.2 本文的创新点 |
6.3 现有工作存在的不足以及未来的展望 |
参考文献 |
附录A PMT连续谱本底修正的数学推导 |
致谢 |
在读期间发表的学术论文与取得的其它研究成果 |
(7)真空技术在托卡马克杂质控制与粒子清除相关的应用研究(论文提纲范文)
摘要 |
ABSTRACT |
第1章 绪论 |
1.1 热核聚变与托卡马克 |
1.2 托卡马克真空技术 |
1.3 托卡马克杂质问题 |
1.3.1 等离子体边界与偏滤器 |
1.3.2 等离子体与壁材料相互作用 |
1.3.3 等离子体中杂质的危害 |
1.4 本论文研究内容及结构 |
第2章 EAST托卡马克真空及相关诊断系统 |
2.1 EAST托卡马克 |
2.2 EAST真空室第一壁材料 |
2.3 EAST托卡马克真空系统 |
2.3.1 EAST真空抽气系统 |
2.3.2 EAST真空测量系统 |
2.3.3 EAST壁处理系统 |
2.3.3.1 高温烘烤壁处理 |
2.3.3.2 放电清洗壁处理 |
2.3.3.3 第一壁表面涂层 |
2.4 EAST边界粒子及杂质诊断 |
2.5 本章小结 |
第3章 真空技术在氘清除率测量的研究 |
3.1 EAST氘清除率真空测量现状 |
3.2 新型高分辨率气体分析系统 |
3.2.1 系统设计与选型 |
3.2.2 系统离线标定实验 |
3.2.3 EAST氦放电的分压监测 |
3.3 先进氘氦分压真空质谱测量技术 |
3.3.1 实验准备 |
3.3.2 氘氦分压计算和标定结果 |
3.3.3 EAST氘清除率监测 |
3.4 本章小结 |
第4章 真空壁处理在轻杂质控制的实验研究 |
4.1 托卡马克轻杂质来源 |
4.2 EAST真空泄漏后的壁条件恢复 |
4.2.1 真空泄漏及应急处理 |
4.2.2 真空恢复时杂质粒子清除率评估 |
4.2.3 常规放电对杂质粒子清除率 |
4.3 EAST真空泄漏后等离子体性能的恢复 |
4.3.1 等离子体脉冲长度变化 |
4.3.2 等离子体中杂质辐射演化 |
4.3.3 等离子体约束改善 |
4.4 本章小结 |
第5章 真空壁处理对钨杂质源控制研究 |
5.1 材料溅射行为 |
5.2 EAST钨溅射杂质来源 |
5.3 真空壁处理对EAST钨溅射源控制研究 |
5.3.1 长期放电钨溅射监测 |
5.3.2 放电清洗控制钨溅射源 |
5.3.3 锂涂层抑制钨溅射行为 |
5.4 本章小结 |
第6章 溅射实验平台上真空技术的集成应用 |
6.1 溅射实验平台研制背景 |
6.2 溅射实验平台总体设计 |
6.3 材料溅射实验平台硬件研制 |
6.3.1 等离子体源设计选型 |
6.3.2 真空系统设计 |
6.3.3 磁体系统设计 |
6.4 材料溅射实验平台运行实验 |
6.5 本章小结 |
第7章 总结与展望 |
7.1 论文总结 |
7.2 创新点 |
7.3 展望 |
参考文献 |
致谢 |
在读期间发表的学术论文与取得的其他研究成果 |
(8)脉冲等离子体推力器工作过程等离子体机理研究(论文提纲范文)
摘要 |
Abstract |
1 绪论 |
1.1 研究背景与意义 |
1.2 电推进及PPT发展概述 |
1.2.1 电推进发展概述 |
1.2.2 PPT简介及发展概述 |
1.3 PPT工作过程机理研究概述 |
1.3.1 PPT工作过程机理的理论与仿真研究进展分析 |
1.3.2 PPT工作过程机理的实验研究进展分析 |
1.3.3 推力器性能提升方法研究分析 |
1.3.4 发展趋势与进一步研究的方向 |
1.4 本文的主要研究内容和章节安排 |
2 推力器工作过程磁场特性研究 |
2.1 磁场模型建立 |
2.1.1 物理模型及假设 |
2.1.2 自感磁场数值模型 |
2.2 磁场模型验证 |
2.3 放电过程磁场时空分布特性分析 |
2.4 电极构型对磁场的影响研究 |
2.4.1 阳极弯折段构型研究 |
2.4.2 电极构型研究 |
2.5 本章小结 |
3 推力器工作过程等离子体PIC仿真研究 |
3.1 模型建立与数值方法 |
3.1.1 计算流程 |
3.1.2 物理场模型 |
3.1.3 粒子运动模型 |
3.1.4 粒子碰撞模型 |
3.1.5 粒子信息统计 |
3.2 物理模型及参数设置 |
3.3 等离子体扩散过程分析 |
3.4 等离子体分布特性及加速过程研究 |
3.4.1 初始电压工况对电子分布特性的影响 |
3.4.2 等离子体加速过程分析 |
3.5 本章小结 |
4 推力器工作过程等离子体特性实验研究 |
4.1 等离子体特性诊断实验平台 |
4.2 发射光谱诊断方法 |
4.2.1 电子温度诊断 |
4.2.2 电子密度诊断 |
4.2.3 相对离子密度诊断 |
4.3 脉冲放电过程等离子体演化机制 |
4.3.1 电子温度特性 |
4.3.2 电子密度特性 |
4.3.3 相对离子密度特性 |
4.4 本章小结 |
5 放电室构型参数的影响分析研究 |
5.1 推力器样机及实验测试设备 |
5.1.1 PPT实验样机 |
5.1.2 实验测试设备 |
5.1.3 推力器性能预估方法 |
5.2 放电室构型参数对放电过程的影响分析 |
5.2.1 电极间距对放电特性的影响 |
5.2.2 电极扩张角对放电特性的影响 |
5.2.3 推进剂型面对放电特性的影响 |
5.3 放电室构型参数对加速性能的影响分析 |
5.3.1 电极构型参数对推力器性能影响的分析 |
5.3.2 推进剂型面对推力器性能的影响及分析 |
5.4 本章小结 |
6 推力器逐级放电特性研究 |
6.1 理论分析 |
6.2 实验装置及方法 |
6.3 逐级放电过程分析 |
6.3.1 放电特性分析 |
6.3.2 极间电场分析 |
6.4 电极间放电图像特性 |
6.5 逐级放电机制下等离子体特性分析 |
6.6 性能评估 |
6.7 本章小结 |
7 结论与展望 |
7.1 本文研究总结 |
7.2 本文的创新点 |
7.3 研究工作展望 |
参考文献 |
攻读博士学位期间发表学术论文情况 |
致谢 |
(9)光学集体汤姆逊散射诊断方法发展及应用(论文提纲范文)
摘要 |
ABSTRACT |
第1章 绪论 |
1.1 引言 |
1.2 惯性约束聚变研究 |
1.2.1 惯性约束聚变研究概述 |
1.2.2 物理建模的准确性问题 |
1.2.3 参量不稳定性的参数敏感性问题 |
1.3 冕区等离子体状态参数诊断概况 |
1.4 论文结构安排 |
第2章 Thomson散射诊断研究综述 |
2.1 Thomson散射基础理论 |
2.1.1 Thomson散射谱的一般形式 |
2.1.2 麦氏分布下的Thomson散射谱 |
2.1.3 离子声波特征 |
2.1.4 电子等离子体波特征 |
2.1.5 电子-离子漂移速度 |
2.1.6 等离子体相关函数 |
2.2 Thomson散射诊断方法综述 |
2.2.1 Thomson理论发展简述 |
2.2.2 Thomson散射探针光的发展 |
2.2.3 单角度Thomson散射离子声波特征谱诊断的发展 |
2.2.4 单角度Thomson散射电子和离子特征谱联合诊断的发展 |
2.2.5 多波数Thomson散射诊断的发展 |
2.3 Thomson散射诊断在物理研究中的应用 |
2.3.1 多组分等离子体状态诊断 |
2.3.2 等离子体波的诊断 |
2.3.3 热输运过程研究 |
2.4 本章小结 |
第3章 Thomson散射诊断新型排布和理论发展 |
3.1 Thomson散射的新型诊断排布 |
3.1.1 Thomson散射诊断技术发展思路 |
3.1.2 多角度Thomson散射谱特征 |
3.1.3 多角度Thomson散射诊断方法 |
3.2 Thomson散射诊断的统计学分析 |
3.2.1 散射谱的最小二乘拟合 |
3.2.2 参数诊断的不确定度评估方法 |
3.2.3 多角度Thomson散射诊断方法的特性 |
3.2.4 梯度的影响 |
3.3 Thomson散射与热力系数研究 |
3.3.1 等离子体输运与热力系数 |
3.3.2 Thomson散射与热力系数 |
3.4 本章小结 |
第4章 多角度Thomson散射实验 |
4.1 焦耳级激光装置Thomson散射实验设计 |
4.1.1 平面靶Thomson散射谱评估 |
4.1.2 Thomson散射谱测量的光学设计 |
4.2 焦耳级激光装置实验结果及分析 |
4.2.1 焦耳级激光Thomson诊断实验开展情况 |
4.2.2 焦耳级激光装置实验诊断结果 |
4.2.3 多角度Thomson散射谱解谱方式及误差评估 |
4.2.4 等离子体参数诊断结果对比 |
4.3 十万焦耳激光装置Thomson散射实验 |
4.3.1 十万焦耳激光装置概况及实验安排 |
4.3.2 三支路实验诊断结果 |
4.3.3 充气腔靶实验结果分析 |
4.4 本章小结 |
第5章 热力系数模拟和实验 |
5.1 热力系数研究价值 |
5.2 热力系数的数值模拟 |
5.2.1 FLASH流体模拟 |
5.2.2 Fokker-Planck 模拟 |
5.2.3 非局域效应与热力系数 |
5.3 热力系数的实验诊断 |
5.3.1 双角度Thomson散射离子声波特征谱诊断 |
5.3.2 Thomson散射离子和电子特征谱诊断 |
5.3.3 热力系数诊断误差评估 |
5.4 本章小结 |
第6章 总结和展望 |
6.1 研究总结 |
6.2 研究展望 |
参考文献 |
致谢 |
在读期间发表的学术论文与取得的其他研究成果 |
(10)EAST极向相关反射计的发展与湍流的实验研究(论文提纲范文)
摘要 |
ABSTRACT |
第1章 引言 |
1.1 核聚变能发展背景 |
1.2 核聚变原理概述 |
1.3 磁约束核聚变装置 |
1.3.1 EAST托卡马克装置 |
1.3.2 Wendelstein 7-X仿星器 |
1.4 高约束模式、等离子体湍流及其输运 |
1.4.1 高约束模式及台基结构 |
1.4.2 等离子体输运过程 |
1.4.3 等离子体湍流 |
1.5 论文研究的意义和主要内容 |
第2章 等离子体湍流及不稳定性 |
2.1 湍流的基本特征 |
2.2 湍流的波数谱 |
2.3 湍流-等离子体流的相互作用 |
2.4 线性不稳定性 |
2.4.1 粒子的漂移运动 |
2.4.2 交换/长笛不稳定性 |
2.4.3 漂移波不稳定性 |
2.4.4 芯部不稳定性(ITG、ETG、TEM) |
2.5 本章内容总结 |
第3章 EAST装置极向相关反射计诊断 |
3.1 微波反射计测量基础 |
3.1.1 电磁波的基本性质 |
3.1.2 磁化等离子体中的电磁波 |
3.1.3 寻常模式(Ordinary Mode)极化 |
3.1.4 非寻常模式(Extraordinary-mode)极化 |
3.2 密度涨落测量原理 |
3.3 相关反射计的发展及国内外主要装置的反射计系统 |
3.3.1 常规反射计系统 |
3.3.2 多普勒反射计系统 |
3.3.3 径向相关反射计 |
3.3.4 极向相关反射计 |
3.3.5 极向相关反射计的径向分辨率 |
3.4 反射计探测电路-零差&外差 |
3.5 EAST极向相关反射计诊断系统 |
3.5.1 系统探测频率选择 |
3.5.2 系统原理图 |
3.5.3 系统关键微波器件原理及测试 |
3.5.4 数据采集系统 |
3.5.5 系统测试 |
3.6 本章内容总结 |
第4章 极向相关反射计的数据分析方法 |
4.1 频域分析方法 |
4.1.1 傅里叶变换 |
4.1.2 时频分析-短时傅里叶变换 |
4.1.3 频域相关分析(相干函数,Coherence) |
4.1.4 小波分析 |
4.1.5 双谱分析 |
4.2 时域分析 |
4.2.1 互相关函数(cross-correlation function) |
4.3 极向相关反射计的数据处理 |
4.3.1 信号的标准化与归一化 |
4.3.2 相关谱的解耦(decomposition) |
4.3.3 湍流旋转速度测量 |
4.3.4 径向电场及其剪切 |
4.4 本章内容总结 |
第5章 EAST托卡马克装置H模期间台基低频相干振荡的实验研究 |
5.1 研究背景 |
5.2 实验设置 |
5.3 实验结果 |
5.3.1 低频相干振荡的特征 |
5.3.2 低频相干振荡调制台基密度 |
5.3.3 低频相干振荡调制台基湍流 |
5.3.4 低频相干振荡调制偏滤器靶板粒子通量 |
5.4 实验总结与讨论 |
5.5 本章内容总结 |
第6章 W7-X仿星器刮削层低频相干涨落的实验研究 |
6.1 研究背景 |
6.2 W7-X极向相关反射计系统介绍 |
6.3 实验结果 |
6.3.1 低频相干涨落的特征分析 |
6.3.2 低频相干涨落的湍流调制 |
6.3.3 低频相干涨落调制等离子体的垂直旋转速度 |
6.3.4 外部控制线圈电流对低频涨落的影响 |
6.4 本章总结 |
第7章 总结与展望 |
7.1 论文总结 |
7.2 创新点分析 |
7.3 未来工作的展望 |
参考文献 |
致谢 |
在读期间发表的学术论文与取得的其他研究成果 |
四、日本实现一亿度的等离子体电子温度(论文参考文献)
- [1]磁约束等离子体边缘区磁流体模式的相动力学研究[D]. 张毅. 北京大学, 2021
- [2]EAST托卡马克上边界和台基结构的实验研究[D]. 叶凯萱. 中国科学技术大学, 2021(09)
- [3]EAST第一壁温度实时监测及偏滤器热负荷主动控制研究[D]. 陈美文. 中国科学技术大学, 2021(09)
- [4]EAST托卡马克磁场方向及杂质对ELM行为影响研究[D]. 林新. 中国科学技术大学, 2021(09)
- [5]EAST辐射偏滤器脱靶和靶板热负荷控制实验研究[D]. 李克栋. 中国科学技术大学, 2021(09)
- [6]EAST偏滤器靶板ELM钨溅射及其控制研究[D]. 陈夏华. 中国科学技术大学, 2021(09)
- [7]真空技术在托卡马克杂质控制与粒子清除相关的应用研究[D]. 王俊儒. 中国科学技术大学, 2021(09)
- [8]脉冲等离子体推力器工作过程等离子体机理研究[D]. 刘祺. 中国运载火箭技术研究院, 2021(02)
- [9]光学集体汤姆逊散射诊断方法发展及应用[D]. 刘耀远. 中国科学技术大学, 2021(09)
- [10]EAST极向相关反射计的发展与湍流的实验研究[D]. 向皓明. 中国科学技术大学, 2021(09)