發(fā)布時(shí)間：2020-12-16 02:31

　　熱核聚變需要等離子體有足夠高的溫度和密度,聚變反應(yīng)才能發(fā)生并通過(guò)自持燃燒產(chǎn)生核能。在托卡馬克中,歐姆加熱是最基本也是最簡(jiǎn)單的加熱方式,由于在等離子體溫度增高時(shí),歐姆加熱功率下降,因此也發(fā)展出如中性束加熱和射頻波加熱等其它輔助加熱方式。但這些加熱方式不僅帶來(lái)了工程和物理上的復(fù)雜性,而且價(jià)格昂貴。因此,能否通過(guò)僅靠歐姆加熱達(dá)到點(diǎn)火條件一直是磁約束等離子體一個(gè)重要的研究方向。由于歐姆加熱隨等離子體溫度上升效率急劇下降,對(duì)于圓形截面的托卡馬克,實(shí)現(xiàn)歐姆點(diǎn)火需要約20特斯拉的磁場(chǎng),這在工程上是不現(xiàn)實(shí)的。但Chu等人的研究表明,如果將托卡馬克的截面縱向延伸,可以降低托卡馬克點(diǎn)火所需的環(huán)向磁場(chǎng)強(qiáng)度到6特斯拉左右(Chu MS,etal.1985,Nuclear Fusion,25),這大大緩解了的托卡馬克歐姆點(diǎn)火需要強(qiáng)磁場(chǎng)這一問(wèn)題。然而此研究并未考慮近期磁約束實(shí)驗(yàn)所觀測(cè)到的自然產(chǎn)生的輸運(yùn)壁壘對(duì)點(diǎn)火條件的影響。在本工作中,我們研究了不同的等離子體密度和溫度剖面對(duì)歐姆點(diǎn)火臨界磁場(chǎng)的影響。發(fā)現(xiàn)對(duì)于外部輸運(yùn)壁壘的存在導(dǎo)致的等離子體密度和溫度分布,歐姆點(diǎn)火所需磁場(chǎng)增大。這是因?yàn)榈入x子體的聚變功率主要集中在等離... 

【文章來(lái)源】：中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)安徽省 211工程院校 985工程院校

【文章頁(yè)數(shù)】：42 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

左圖表示歐姆加熱功率的等功率線右圖表示聚變功率?

并且在溫度足夠低時(shí)總能使功率大于零。當(dāng)溫度上升時(shí)，歐姆功率逐漸下降，同時(shí)總功率也??逐漸下降。在某個(gè)溫度區(qū)間，平均功率變?yōu)樾∮诹�。然而在足夠高的溫度時(shí)，聚變功率會(huì)占??據(jù)主導(dǎo)位置，同時(shí)總功率再度變?yōu)檎�直。上述的情形可清楚的在圖２．２中看出。這是代表一??個(gè)不能達(dá)到歐姆點(diǎn)火的密度的加熱軌跡。圖２．２是平均溫度和密度平面上的等功率線。在圖??２．２中，同時(shí)也可以清楚的看到存在一個(gè)密度窗口力?＜開(kāi)＜心，在密度窗內(nèi)，當(dāng)溫度從低到??高時(shí)，平均功率一直保持著大于零的值。這種加熱軌跡，則是達(dá)到了歐姆點(diǎn)火的基本條件。??＞３５＼?、??Ｉ?４００°００??〇）?２０〇〇〇〇??１?３－???３??ａ＞?—〇?廣一＾?〇?——??Ｅ?義??＾?—?２０００００、＿＿??＇?＜〇〇〇〇〇?２〇〇〇〇〇、??４０００００?、、、、??２?－?１０００＾°°?，?６０００００，—，?丨??７?７．５?８?｛?８．５?９?｛?９．５?１０?１０．５?１１??ｎｉ?ｎ２??ｄｅｎｓｉｔｙ?１０２０?ｍ＇３??圖２．２平均凈功率作為平均密度和溫度的函數(shù)。對(duì)于歐姆點(diǎn)火的??等離子體（＾５２）表示為點(diǎn)火的密度窗口??１７??

假設(shè)選定小半徑ａ＝０．２５ｍ，圖２．３（ａ）展示了臨界點(diǎn)作為ｋ的函數(shù)，同時(shí)Ａ作為一個(gè)可變參??數(shù)。所需的環(huán)向磁場(chǎng)對(duì)環(huán)徑比的依賴性很小，從（２－１３）式可以看出這是因?yàn)殡x子輸運(yùn)項(xiàng)？。??對(duì)于ｋ?＝?１，?Ｂ有最大值約為２０Ｔ，這已被Ｗａｇｎｅｒ證實(shí)［１３］。當(dāng)ｋ增大時(shí)，磁場(chǎng)ＢＴ與ｋ成反比??關(guān)系減小，并且可以達(dá)到技術(shù)上所獲得的磁場(chǎng)強(qiáng)度。例如當(dāng)《?＝?５時(shí)，所需的環(huán)向磁場(chǎng)減小??為６Ｔ。這是非圓截面對(duì)未來(lái)托卡馬克設(shè)計(jì)最有意義的地方。??圖２．３?（ｂ）顯示了臨界點(diǎn)火時(shí)電流隨截面ｋ的增長(zhǎng)情況，幾乎正比于ｋ，并且隨Ａ的增??大而減小。所需的密度和分別在圖２．３?（ｃ）和圖２．３?（ｄ）中。它們也都隨Ａ的增大而減小。??Ｔｒｏｙｏｎ極限比臨界點(diǎn)火所需的存值大。因此如果／？極限值可以在實(shí)驗(yàn)上達(dá)到，那么輔助加熱??會(huì)允許點(diǎn)火在更小的裝置上實(shí)現(xiàn)。因此這里強(qiáng)調(diào)實(shí)際的ＭＨＤ?極限對(duì)于非圓截面的托卡馬??克是＿個(gè)十分活躍的話題。在本文中Ｔｒｏｙｏｎ極限可以作為一個(gè)粗略的標(biāo)準(zhǔn)。從圖２．３?（ｄ）??中可以看到Ｔｒｏｙｏｎ極限對(duì)于非圓截面的托卡馬克是一個(gè)非常寬泛的發(fā)展空間的上限。??在圖２．３?（ｃ）中顯示出的密度已經(jīng)超出了?Ｍｕｒａｋａｍｉ極限［２１］，但是目前ＡｌｃａｔｏｒＣ利用??彈丸注射的測(cè)量［２２］表明電子密度可以達(dá)到１０２１ｎｒ３。非圓截面的托卡馬克也適用與這個(gè)結(jié)??果。??上述零維結(jié)果已經(jīng)與輸運(yùn)程序〇ＮＥＴＷＯ［２０］做過(guò)比較。利用圖２．３中的結(jié)果，當(dāng)Ｋ?＝?５，??依賴于時(shí)間的輸運(yùn)程序在固定二次分布和ｑ?＝?ｌ的條件下驗(yàn)證了上述結(jié)果。??２．４本章小結(jié)??


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