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SUNIST球形托卡马克的MHD不稳定性研究

作　者: 吴彦斌
导　师: 钟方川
学　校: 东华大学
专　业: 等离子体物理
关键词: SUNIST MHD不稳定性 SVD 模式分析
分类号: TL631.24
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

球形托卡马克是环径比A(A=R/a,R和a分别是等离子体的大环半径和小环半径)接近1的非传统托卡马克装置,其由于结构紧凑,更易实现高β(β=2μ0<P>/B~2,等离子体的热能与磁能之比)值,更好的磁流体稳定性(magnetohydrodynamic stabilities,简称MHD稳定性)等优势,近20多年来得到了广泛的重视和研究。实验研究表明球形托卡马克仍然发生各种MHD不稳定性,如垂直位移不稳定性(vertical displacement event, VDE),锯齿振荡(sawtooth),扭曲不稳定性(kink modes),新经典撕裂模(neoclassical tearing mode, NTM),边界定位模(ELM),内部重联事件(IRE)及各种微观不稳定性等。因此研究MHD不稳定性发生的基本条件和物理机制,探索避免或控制MHD不稳定性的可行途径,提高球形托卡马克运行参数,是球形托卡马克研究中一个重要而基础的问题。SUNIST是我国建立的第一个球形托卡马克装置,自2002年放电以来,已经观察到了丰富的MHD不稳定性现象,如Mirnov振动,内部重联事件(IRE)等。然而对扰动基本特征,如扰动的模数,频率未有系统的分析和研究。本文利用磁探针诊断对SUNIST球形托卡马克上的Mirnov扰动进行了测量和分析,利用奇异值分解(SVD)方法对扰动的环向和极向模数进行了分辨,并给出了放电过程中的模数时间演化过程。理论和实验研究表明适当的等离子体旋转和剪切流的存在将改善球形托卡马克上的MHD不稳定性。我们通过在真空室内部加带偏压的电极来实现等离子体粒子运动的改变。偏压电极用来产生一个径向方向的电场Er,然后通过E×B漂移来改变粒子运动。由于外加电场在高温等离子体中渗透长度的有限性,此法对比较靠近等离子体边界的扰动有较好的结果。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-9
第一章引言  9-28
  1.1 磁约束聚变和球形托卡马克  9-11
  1.2 托卡马克中磁流体力学不稳定性  11-16
    1.2.1 磁流体力学不稳定性产生机制  11-13
    1.2.2 托卡马克中磁流体力学不稳定性研究现状  13-16
  1.3 球形托卡马克磁流体不稳定性  16-24
    1.3.1 球形托卡马克流体稳定性特点  16-17
    1.3.2 球形托卡马克MHD不稳定性研究现状  17-24
      1.3.2.1 ST中的晕电流  18-19
      1.3.2.2 ST中的高能粒子模  19
      1.3.2.3 ST中的新经典撕裂模、ELM、RWM  19-20
      1.3.2.4 内部磁重联事件(IRE)  20-24
  1.4 SUNIST球形托卡马克磁流体力学不稳定性  24-26
  1.5 论文结构和内容  26-28
第二章 SUNIST装置及磁探针系统  28-36
  2.1 SUNIST装置概况  28-29
  2.2 SUNIST装置的磁场系统  29
  2.3 SUNIST装置的诊断系统  29-30
  2.4 磁探针的原理  30-31
  2.5 模式分析方法  31-32
    2.5.1 扰扰模数的直观分析法  31
    2.5.2 傅里叶分析方法  31
    2.5.3 奇异值分解分析方法  31-32
  2.6 SUNIST装置上的磁探针系统  32-34
  2.7 本章总结  34-36
第三章 SUNIST装置上MHD不稳定性的研究  36-50
  3.1 SUNIST装置上的MHD不稳定性  36-48
    3.1.1 模数分析  36-39
    3.1.2 扰动模数随时间的演化  39-40
    3.1.3 扰动频率随时间的演化  40-41
    3.1.4 环向场大小对MHD磁扰动的影响  41-42
    3.1.5 SUNIST中IRE的研究  42-48
  3.2 本章总结  48-50
第四章 SUNIST装置上外加偏压导体对MHD不稳定性控制的研究  50-61
  4.1 外加偏压对MHD不稳定性控制研究现状  50-51
  4.2 实验设计  51-56
    4.2.1 偏压电极电源  52-53
    4.2.2 控制电路  53
    4.2.3 驱动信号  53-54
    4.2.4 偏压电极  54-56
  4.3 实验结果  56-60
    4.3.1 扰动幅度与频谱  56-57
    4.3.2 电极位置  57-58
    4.3.3 偏压极性  58-60
  4.4 本章总结  60-61
第五章总结  61-64
  5.1 本文主要结果  61-62
  5.2 本文局限性和下一步工作  62-64
参考文献  64-72
硕士期间发表的论文  72-73
致谢  73

SUNIST球形托卡马克的MHD不稳定性研究

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