EAST上由垂直不稳定性引发破裂的分析与预测

摘要

中国是能源消耗的大国，以化石燃料为主的能源结构已经不能满足日益增长的能源需求，因此必须发展新的能源。聚变能是人类解决能源问题最有希望的途径之一，磁约束核聚变则是实现可控核聚变的重要手段。人们认为托卡马克是发展磁约束聚变最有潜力的装置。各个国家在发展自己的托卡马克装置的同时也相互合作，比如国际热核实验堆ITER计划。
　　聚变燃料在托卡马克中以等离子体的状态运行。托卡马克在运行中受到等离子体运行极限（如电流极限、密度极限和比压极限），MHD不稳定性等因素的影响，会导致等离子体发生破裂。破裂发生时产生的热沉积、电磁应力以及逃逸电子会对托卡马克装置造成一定的破坏，影响装置的寿命。等离子体破裂是目前托卡马克装置运行中不可避免的事件。因此需要发展破裂预测研究，提前采取措施减小破裂带来的危害。
　　EAST是世界上第一个全超导托卡马克装置，它对ITER未来的运行有着十分重要的参考意义。本文从EAST托卡马克2016年的放电实验中，选取了其中119炮破裂放电数据，分析诱发破裂的原因，发现约60％的破裂是由垂直不稳定性直接引起的，其破裂后将会产生更大的晕电流，从而产生更大的电磁应力损坏装置。本文仔细研究了由于垂直不稳定性引起的破裂（下面简称为VID）(72炮)的原因，以便解释其基本演化过程。进一步建立了分别基于单变量（垂直位移）和两维变量（垂直位移、垂直位移增长率）的预测模型用于VID预测。离线测试表明，基于二维变量的预测模型可以对平稳放电，在破裂发生前20ms给出破裂预警信号，预测成功率达93％。
　　这些预测模型将在EAST上进一步进行实时测试，为EAST运行提供一定的指导，也对ITER未来的运行具有一定的参考意义。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 引言(中国能源的现状及发展)

1．1．1 磁约束核聚变的发展

1．1．2 托卡马克装置简介

1．1．3 EAST全超导托卡马克

1．2 等离子体破裂

1．2．1 破裂发生的机制

1．2．2 破裂发生的原因

1．2．3 破裂发生的阶段

1．2．4 破裂的危害

1．3 破裂预测

1．3．1 破裂预测的意义

1．3．2 破裂预测的目标

1．3．3 国内外破裂预测的研究状况

1．4 本论文的研究意义与重要性

第二章 破裂预测方法介绍

2．1 单一参数破裂预测法

2．2 多参数神经网络预测法

2．2．1 人工神经网络

2．2．2 感知机模型

2．2．3 支持向量机

2．3 本文预测方法

2．3．1 线性支持向量机

2．4 本章小结

第三章 对EAST发生破裂的放电分析

3．1 国内外等离子体破裂数据库

3．2 EAST破裂数据库的建立

3．3 等离子体破裂原因的分析

3．4 等离子体垂直不稳定性

3．4．1 拉长等离子体与垂直不稳定性

3．4．2 垂直不稳定性的控制

3．5 EAST上等离子体破裂的分类

3．5．1 垂直不稳定性破裂(VID)

3．5．2 垂直不稳定性破裂的扰动分析

3．5．3 垂直不稳定性与等离子体参数分析

3．6 本章小结

第四章 EAST垂直不稳定性破裂预测

4．1 预警变量的选择

4．2 单变量预警

4．2．1 单变量预警函数的确立

4．2．2 单变量预警值可靠性验证

4．3 双变量预测

4．2．1 双变量预测模型的确立

4．2．2 双预测模型可靠性的分析

4．4 本章小结

第五章 总结与展望

5．1 本文总结

5．2 对未来的展望

参考文献

致谢

在读期间发表的学术论文与取得的其他研究成果