ICRF在托卡马克冷等离子体中传播的色散特性研究

论文摘要

多数托卡马克装置上的实验表明,ICRF波加热是最有效的加热方法之一,它也是大多数托卡马克装置采用的和ITER反应堆将采用的加热方案。ICRF波加热主要是通过调节波频率以改变共振面的位置来形成不同的功率沉积剖面,因此,共振面的计算就显得非常重要。本文用Matlab软件对共振面进行了计算,比较系统地介绍了ICRF波加热。传统解析法计算共振面位置是求取最终y-x函数表达式,获得连续解。本文是采集离散的（x,y）点。与传统解析法比较起来,本文的计算方法具有更切近实际、便于细微地分析共振线的变化、通用性强的优点。第一章从MCF的角度阐述了ICRF波加热研究的重要地位、ICRF波加热的研究进展、色散关系的作用。第二章采用双流体模型,结合Maxwell方程组,详细地推导出了均匀静止背景下,托卡马克装置中冷等离子体中的色散关系.利用色散关系,讨论了托卡马克装置中传播的波的特点,阐明了ICRF波段的快磁声波的优良特性。第三章介绍了ICRF波加热原理、模转换和ICRF加热的物理机制。从中可以看出,离子和电子均可获得加热。第四章针对托卡马克装置中等离子体密度分布、磁场强度分布等参数的特点,从色散关系式出发,推导出了截止和共振面的计算式,然后在Matlab中编程计算,求得了截止和共振面的位置,获得了最优参数下的模拟效果,提出了参数优化方案,得出了ICRF共振面位置的变化规律。最后一章对模拟结果与理论分析之间的误差进行了分析,若采用更准确的非线性动力论方法和更科学的数值解法,将会获得更为详实的结论,能更好地给实验以理论指导。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 托卡马克装置上的磁约束受控核聚变简介
• 1.1.1 等离子体及受控核聚变概述
• 1.1.2 磁约束受控核聚变
• 1.1.3 托卡马克位形
• 1.2 托卡马克装置中的等离子体加热
• 1.2.1 欧姆加热（Ohmic heating）
• 1.2.2 中性束注入加热（NBI）
• 1.2.3 波加热
• 1.2.4 其它加热方法
• 1.3 ICRF 加热的研究进展
• 1.4 本文的研究背景及主要工作
• 1.4.1 研究背景
• 1.4.2 本文的主要工作
• 2 冷等离子体色散关系
• 2.1 双流体理论概述
• 2.2 冷等离子体色散关系的理论推导
• 2.2.1 冷等离子体
• 2.2.2 冷等离子体中的色散关系推导
• 2.2.3 ICRF 色散关系
• 2.3 托卡马克中传播的冷等离子体波
• 3 ICRF 加热的物理机制
• 3.1 波的截止与共振
• 3.2 RF 加热的原理
• 3.3 波的模式转换
• 3.4 ICRF 加热中离子和电子的加热机制
• 4 ICRF 加热托卡马克等离子体的模拟计算
• 4.1 ICRF 的共振与截止计算式
• 4.2 双离子成份模型计算式
• 4.3 模拟计算
• 4.3.1 HT-7 参数模拟计算
• 4.3.2 EAST 参数模拟计算
• 4.3.3 学校J-TEXT 参数计算结果
• 4.3.4 其它密度剖面的计算
• 4.4 结果分析
• 5 总结和展望
• 致谢
• 参考文献