J-TEXT托卡马克三维磁场分布研究

摘要

磁场位形在托卡马克聚变实验研究中有着至关重要的作用。铁芯托卡马克装置中，铁芯的存在使得磁场分布的计算难度相对增加。为方便计算，建立了一些二维解析铁芯模型。这些模型由于前提假设的不同而给磁场分布的计算带来了不同的边界条件，因而得到的磁场分布计算结果与实际情况有所偏差。为了获得铁芯托卡马克的极向磁场三维分布，建立了带铁芯的极向磁场线圈三维数值模型，计算铁芯托卡马克的三维磁场，并与不同铁芯模型的磁场计算结果进行比较。从而研究铁芯托卡马克的三维磁场的极向分量在环向上的不对称性。
　　J-TEXT托卡马克三维磁场分布不仅包括极向磁场，同时还要纵向磁场。理想的托卡马克纵场是环向均匀的，但是由于线圈之间存在的间隙导致纵场在环向存在变化，即纵场波纹，纵场纹波对等离子体约束性能有很大影响。因此准确建立了J-TEXT托卡马克的纵向磁场线圈系统，从而更精确地计算纵场的波纹度，并研究纵场线圈系统的其他特点。
　　为了最大化地利用关于铁芯条件下的极向磁场和纵场线圈系统产生的磁场的研究成果，并更好地研究托卡马克磁面，设计了普适的磁力线追踪程序。导入磁场分布数据库即可通过磁力线追踪的原理绘制起始点所在磁面。利用该程序对比了给不同线圈通电情况下的磁面异同。
　　本工作通过有限元分析法，建立了带铁芯的极向磁场线圈系统和纵场线圈系统的有限元模型。利用它们对单独通入不同线圈组电流情况下的磁场分布进行了有限元计算并导出一定分辨率条件下部分空间内所有点的磁场，从而建立了若干三维磁场分布数据库。由于磁场可以线性叠加，在一定的近似条件下，这些数据库所存储的磁场可以相互组合成不同放电条件时的三维磁场分布。最后利用这些数据库组成的磁场分布，测试了基于四阶龙格库塔法编写的磁力线追踪程序，直观地考察了不同的条件对磁力线及磁面的影响。

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1 绪论

1.1 课题背景

1.2 托卡马克磁场位形计算方法

1.3 本文研究目的和内容

2 铁芯条件下的磁场分布计算

2.1 铁芯条件下二维极向场计算模型

2.2 铁芯条件下三维磁场计算模型

2.3 二维和三维模型极向磁场计算结果对比

2.4 本章小结

3 非连续分布纵场线圈下的磁场分布计算

3.1 非连续分布纵场线圈下的三维磁场计算模型

3.2 非连续分布纵场线圈下的环向磁场分布

3.3 非连续分布纵场线圈下的极向磁场分布

3.4 本章小结

4 三维磁场分布下的磁力线与磁面

4.1 磁力线追踪方法

4.2 三维磁场分布下的磁面结构

4.3 本章小结

5 总结与展望

5.1 总结

5.2 下一步工作

致谢

参考文献

附录