磁化靶聚變(MTF)是介于磁約束聚變(MCF)與慣性約束聚變(ICF)中間的一種新型聚變途徑,主要優(yōu)點在于：體積小,成本低,建造周期短。通過在預加熱的等離子體中嵌入磁場來抑制等離子體向套筒的熱傳導(磁約束),當?shù)入x子體膨脹時,使用套筒來約束受到加熱的磁化靶等離子體(慣性約束),通過電磁驅(qū)動將套筒動能高效轉(zhuǎn)換給預加熱的磁化靶等離子體從而達到點火條件而燃燒。磁化靶聚變既有磁約束聚變的優(yōu)點,利用強磁場約束等離子體,抑制電子、離子的熱傳導,同時增加聚變產(chǎn)物α粒子的能量沉積,又有慣性約束的優(yōu)點,利用固體物質(zhì)壁來約束等離子體。本文主要研究了電磁驅(qū)動下超強磁場的產(chǎn)生和電磁驅(qū)動下內(nèi)爆壓縮磁化等離子體,分別利用自建零維模型和修改一維三溫磁流體程序deira進行數(shù)值模擬研究。零維模型計算分析電磁驅(qū)動柱形薄套筒內(nèi)爆壓縮內(nèi)嵌軸向磁場,從而產(chǎn)生超強磁場,通過建立三個無量綱參數(shù)(h,A,Π)對電磁壓縮裝置和磁通壓縮過程進行優(yōu)化評估,其中h為初始內(nèi)嵌磁場與外驅(qū)動等效特征磁場的比值,A為等效無量綱電路電感,Π為套筒參數(shù)與驅(qū)動參數(shù)的比值關(guān)系。計算表明,在理想恒定電流驅(qū)動情況下,h0.2時,套筒半徑壓縮比才能達到10倍。通過在適當范圍內(nèi)調(diào)節(jié)設計參數(shù)h和A,獲得Π的最優(yōu)化取值范圍,并在1MJ的驅(qū)動能量下,模擬產(chǎn)生了1000T的超強磁場并獲得了較高的磁能轉(zhuǎn)化效率。deira程序主要研究離子束驅(qū)動下的球形ICF靶聚變,在研讀程序的基礎,我們修改了程序的語言版本、驅(qū)動方式、程序后處理數(shù)據(jù)、套筒結(jié)構(gòu)等。通過柱形套筒內(nèi)爆、柱形套筒內(nèi)爆壓縮內(nèi)嵌磁場來驗證修改后程序的正確性。探討初始磁場、初始等離子溫度對內(nèi)爆壓縮等離子體升溫的影響,研究結(jié)果表明：適當?shù)某跏即艌龊统跏嫉入x子體溫度可以大大增加等離子體的升溫效果。
【學位單位】：中國工程物理研究院
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2015
【中圖分類】：TL631
【部分圖文】：

．（１）美國ＬＡＮＬ與美國Ａｉｒ?Ｆｏｒｃｅ實驗室的磁化範聚變（ＭＴＦ）項目Ｗ，其原理如圖??１．１所示。首先是磁化祀的形成，這里采用的磁化祀為反場構(gòu)形（ＦＲＣ）?Ｐ’Ｗ。ＦＲＣ形??成之后通過磁場將其傳輸?shù)窖ナ�，然后在祀室里對ＦＲＣ進行內(nèi)爆壓縮，實現(xiàn)聚變點火。??該裝置的優(yōu)點是，采用ＦＲＣ作為磁化祀，可Ｗ使得壓縮時間達到微巧量級，同時降低??

美國的Ｔｒｉ?ａｌｐｈａ?ｅｎｅｒｇｙ公司，采用的是ＦＲＣ對撞的方法來實現(xiàn)聚變ｔＷ。其Ｃ－２裝??置（其總長度約十幾米）結(jié)構(gòu)示意圖如圖１．３所示。首先，利用日輸縮方法產(chǎn)生兩個高??溫高Ｐ值的ＦＲＣ等離子體團，然后將兩個ＦＲＣ傳輸?shù)街醒腱朐走M行碰撞融合，實現(xiàn)聚??變點火。Ｔｒｉ?ａｌｐｈａ?ｅｎｅｒｇｙ公司最終的目標是使用ｐ＋ｉｉｂ進行聚變反應，該反應的好處是，??一

圖?ｌ．３?Ｔｒｉ?ａｌｐｈａ?ｅｎｅｒｇｙ?公司的?Ｃ＿２?裝置［＂］??國的Ｔｒｉ?ａｌｐｈａ?ｅｎｅｒｇｙ公司，采用的是ＦＲＣ對撞的方法來實現(xiàn)聚變ｔＷ。其Ｃ－２裝??總長度約十幾米）結(jié)構(gòu)示意圖如圖１．３所示。首先，利用日輸縮方法產(chǎn)生兩個高??Ｐ值的ＦＲＣ等離子體團，然后將兩個ＦＲＣ傳輸?shù)街醒腱朐走M行碰撞融合，實現(xiàn)聚??。Ｔｒｉ?ａｌｐｈａ?ｅｎｅｒｇｙ公司最終的目標是使用ｐ＋ｉｉｂ進行聚變反應，該反應的好處是，??產(chǎn)物為３個ａ粒子，由于ａ粒子是帶電粒子，其能量很容易進行輸出，另一方面，??不產(chǎn)生中子，因此福射防護相對簡單，比較容易實現(xiàn)裝置的小型化。２０１２年，Ｃ－２??ＦＲＣ的約束時間達到了?４?ｍｓｔＷ，目前其約束時間可達到５?ｍｓ＾。??４）美國?Ｈｅｌｉｏｎ?Ｅｎｅｒｇｙ?公司的?Ｆｕｓｉｏｎ?Ｅｎｇｉｎｅ?裝置??樣是采用兩個等離子體團進行碰撞的方法ｔｗ，他們采用的是Ｄ＋３Ｈｅ作為聚變?nèi)??產(chǎn)物為ａ粒子和質(zhì)子，同樣不會產(chǎn)生中子。巧此，不需要人型的福射防護裝置，??很容易實現(xiàn)能量輸出。其裝置的小型化設計相對容易。他們的目標是希望能夠每秒??一次對撞反應，目前，ＨｅｌｉｏｎＥｎｅｒｇｙ公司已經(jīng)用等離子體團在巧－気（Ｄ－Ｄ）反應堆??明了他們的理念，己經(jīng)能每３分鐘發(fā)射一次ｔＷ。??
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1 ;超強磁場磁化杯[J];企業(yè)技術(shù)開發(fā);1994年02期

2 劉智民;超強磁場的發(fā)生技術(shù)[J];物理;1997年12期

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本文編號：2892311