發(fā)布時(shí)間：2020-11-21 01:32

　　 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(diǎn)在于：體積小,成本低,建造周期短。通過在預(yù)加熱的等離子體中嵌入磁場(chǎng)來抑制等離子體向套筒的熱傳導(dǎo)(磁約束),當(dāng)?shù)入x子體膨脹時(shí),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(dòng)將套筒動(dòng)能高效轉(zhuǎn)換給預(yù)加熱的磁化靶等離子體從而達(dá)到點(diǎn)火條件而燃燒。磁化靶聚變既有磁約束聚變的優(yōu)點(diǎn),利用強(qiáng)磁場(chǎng)約束等離子體,抑制電子、離子的熱傳導(dǎo),同時(shí)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(diǎn),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(dòng)下超強(qiáng)磁場(chǎng)的產(chǎn)生和電磁驅(qū)動(dòng)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(jìn)行數(shù)值模擬研究。零維模型計(jì)算分析電磁驅(qū)動(dòng)柱形薄套筒內(nèi)爆壓縮內(nèi)嵌軸向磁場(chǎng),從而產(chǎn)生超強(qiáng)磁場(chǎng),通過建立三個(gè)無量綱參數(shù)(h,A,Π)對(duì)電磁壓縮裝置和磁通壓縮過程進(jìn)行優(yōu)化評(píng)估,其中h為初始內(nèi)嵌磁場(chǎng)與外驅(qū)動(dòng)等效特征磁場(chǎng)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(dòng)參數(shù)的比值關(guān)系。計(jì)算表明,在理想恒定電流驅(qū)動(dòng)情況下,h0.2時(shí),套筒半徑壓縮比才能達(dá)到10倍。通過在適當(dāng)范圍內(nèi)調(diào)節(jié)設(shè)計(jì)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(dòng)能量下,模擬產(chǎn)生了1000T的超強(qiáng)磁場(chǎng)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(dòng)下的球形ICF靶聚變,在研讀程序的基礎(chǔ),我們修改了程序的語言版本、驅(qū)動(dòng)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(chǎng)來驗(yàn)證修改后程序的正確性。探討初始磁場(chǎng)、初始等離子溫度對(duì)內(nèi)爆壓縮等離子體升溫的影響,研究結(jié)果表明：適當(dāng)?shù)某跏即艌?chǎng)和初始等離子體溫度可以大大增加等離子體的升溫效果。
【學(xué)位單位】：中國工程物理研究院
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2015
【中圖分類】：TL631
【部分圖文】：

．（１）美國ＬＡＮＬ與美國Ａｉｒ?Ｆｏｒｃｅ實(shí)驗(yàn)室的磁化範(fàn)聚變（ＭＴＦ）項(xiàng)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(chǎng)構(gòu)形（ＦＲＣ）?Ｐ’Ｗ。ＦＲＣ形??成之后通過磁場(chǎng)將其傳輸?shù)窖ナ�，然后在祀室里�?duì)ＦＲＣ進(jìn)行內(nèi)爆壓縮，實(shí)現(xiàn)聚變點(diǎn)火。??該裝置的優(yōu)點(diǎn)是，采用ＦＲＣ作為磁化祀，可Ｗ使得壓縮時(shí)間達(dá)到微巧量級(jí)，同時(shí)降低??

美國的Ｔｒｉ?ａｌｐｈａ?ｅｎｅｒｇｙ公司，采用的是ＦＲＣ對(duì)撞的方法來實(shí)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(gè)高??溫高Ｐ值的ＦＲＣ等離子體團(tuán)，然后將兩個(gè)ＦＲＣ傳輸?shù)街醒腱朐走M(jìn)行碰撞融合，實(shí)現(xiàn)聚??變點(diǎn)火。Ｔｒｉ?ａｌｐｈａ?ｅｎｅｒｇｙ公司最終的目標(biāo)是使用ｐ＋ｉｉｂ進(jìn)行聚變反應(yīng)，該反應(yīng)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(duì)撞的方法來實(shí)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(gè)高??Ｐ值的ＦＲＣ等離子體團(tuán)，然后將兩個(gè)ＦＲＣ傳輸?shù)街醒腱朐走M(jìn)行碰撞融合，實(shí)現(xiàn)聚??。Ｔｒｉ?ａｌｐｈａ?ｅｎｅｒｇｙ公司最終的目標(biāo)是使用ｐ＋ｉｉｂ進(jìn)行聚變反應(yīng)，該反應(yīng)的好處是，??產(chǎn)物為３個(gè)ａ粒子，由于ａ粒子是帶電粒子，其能量很容易進(jìn)行輸出，另一方面，??不產(chǎn)生中子，因此福射防護(hù)相對(duì)簡單，比較容易實(shí)現(xiàn)裝置的小型化。２０１２年，Ｃ－２??ＦＲＣ的約束時(shí)間達(dá)到了?４?ｍｓｔＷ，目前其約束時(shí)間可達(dá)到５?ｍｓ＾。??４）美國?Ｈｅｌｉｏｎ?Ｅｎｅｒｇｙ?公司的?Ｆｕｓｉｏｎ?Ｅｎｇｉｎｅ?裝置??樣是采用兩個(gè)等離子體團(tuán)進(jìn)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(huì)產(chǎn)生中子。巧此，不需要人型的福射防護(hù)裝置，??很容易實(shí)現(xiàn)能量輸出。其裝置的小型化設(shè)計(jì)相對(duì)容易。他們的目標(biāo)是希望能夠每秒??一次對(duì)撞反應(yīng)，目前，ＨｅｌｉｏｎＥｎｅｒｇｙ公司已經(jīng)用等離子體團(tuán)在巧－気（Ｄ－Ｄ）反應(yīng)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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本文編號(hào)：2892311