佳拉洁雅型磁约束装置中等离子体平衡性的研究

摘要

在磁约束受控聚变装置的研究中,目前较为成熟的托卡马克装置系统体积庞大,实验耗资巨大,因此各国均开展了非托卡马克型磁约束途径的研究。“佳拉洁雅(галатея)”即为一种非托卡马克型小型磁约束装置。佳拉洁雅相对于其他磁约束装置的特点在于其存在浸没在等离子体中的载流导体以构成约束磁场位形。浸没在等离子体中的导体称为“盲鳗(миксин)”。以三盲鳗的佳拉洁雅型磁约束装置Trimyx为研究对象,应用有限元仿真分析软件COMSOLMultiphysics对Trimyx磁阱中等离子体的径向受力平衡、环向受力平衡和盲鳗约束等离子体的平衡性进行仿真研究,以期最终实现磁阱对等离子体的稳定约束。
　　首先,在明确研究对象的结构、原理及实验参数的基础上,应用等离子体的单粒子运动轨道模型,给出由Trimyx磁阱所约束等离子体运动形式的直观图景。对磁场位形中的中心弱磁区域与盲鳗束缚区域在束缚原理上的区别予以讨论。
　　然后,应用等离子体的磁流体模型对佳拉洁雅型磁约束装置的约束原理进行分析,对约束等离子体的径向和环向平衡进行研究。径向上,建立约束等离子体的磁流体有限元模型,对直线拓扑结构下Trimyx磁阱所约束等离子体的径向力平衡进行仿真分析;环向上,提出一个描述等离子体的环向力平衡的简化模型,给出平衡环力的外加垂直磁场的计算方法。应用有限元模型对环向拓扑结构下Trimyx磁阱所约束等离子体的环向力平衡进行仿真研究。
　　最后,针对盲鳗与所约束等离子体的分隔这一特殊问题,提出一个直线盲鳗约束等离子体的一维磁流体模型,对稳态平衡下直线盲鳗约束等离子体的压强分布情况进行研究。针对稳态平衡下无法对等离子体与盲鳗进行分隔这一状况,提出一种准稳态平衡分隔方法。分别在直线拓扑和环向拓扑结构下应用磁流体有限元模型对方法的有效性予以验证。

目录

封面

中文摘要

英文摘要

目录

第1章 绪 论

1.1 课题来源及研究的背景和意义

1.2 国内外研究现状

1.3 主要研究内容

第2章 佳拉洁雅中的单粒子运动形式分析

2.1 引言

2.2 佳拉洁雅装置简介

2.3 单粒子运动轨道模型

2.4 单粒子在佳拉洁雅型磁约束装置中的行为

2.5 本章小结

第3章 佳拉洁雅中径向力平衡的研究

3.1 引言

3.2 磁流体方程组

3.3 磁流体有限元模型的建立

3.4 径向平衡模型原理

3.5 径向平衡的仿真分析

3.6 本章小结

第4章 佳拉洁雅中环向力平衡的研究

4.1 引言

4.2 环向平衡模型

4.3 环向平衡的仿真分析

4.4 本章小结

第5章 盲鳗约束等离子体平衡性的研究

5.1 引言

5.2 直线盲鳗约束等离子体的磁流体模型

5.3 盲鳗与等离子体的分隔的准稳态平衡模型

5.4 本章小结

结 论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果

声明

致谢