磁约束等离子体边界涨落分析刘君硕士开题报告

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1、磁约束等离子体边界涨落分析清华大学工程物理系刘君导师：王文浩球形托卡马克研究的意义世界范围能源危机如何解决？解决办法：采用核能能源环境污染问题如何解决？解决办法：采用聚变能受控聚变能问题如何解决？解决办法：球形托卡马克世界范围能源危机世界能源供应走势（亿吨标媒）世界能源需求：1990（80.45）2000（93.66）2010（111.62）2050（207.38）可开采的非再生能源：煤—219年（中国不足100年）；石油、天然气—44年。解决能源危机的办法资源储量（等效TW•a）煤炭原油天然气U-235U-238Th-232DLi(岩石中)Li(海水中)1000200

2、100250>1042×10116×1046×108解决办法U-235仅够用几十年，如果发展增殖堆，把U-238和Th-232也用上，可用几百年。但如果利用好聚变能，则仅3米深的海水中所含的Li就可满足全球3000万年的能源需要！如果在开发出D-D聚变能，真可谓用之不竭。能源环境污染问题现存能源环境污染问题石化燃料：重金属毒性（U,Th,Ra,Rn排放量是相同发电能力核电站的100倍），含硫（SO2）、苯（苯并芘）、CO2；裂变核能：乏燃料中次量锕系元素的放射性寿命长达几百万年。聚变能源：原则上不存在长寿命放射性核废料。解决办法：聚变能——最清洁的能源！受控聚变能问题聚

3、变控制方式反应堆中等离子体约束条件加热：T>10keV——克服库仑斥力约束条件：nt>1020m-3s“LawsonCriterion”ntT>1021m-3skeV“Tripleproduct”磁约束能达到的约束条件：n~1020m-3；t~1s惯性约束能达到的约束条件：n~1029m-3；t~1ns球形托卡马克的产生1986年，美籍华裔科学家彭元凯首次提出了球形托卡马克（SphericalTokamak，简称ST）新装置概念特点：环径比A=R/a接近于1优点：同样的磁场条件下该位形可以约束更高密度的等离子体，且内在地具有抑制垂直不稳定性的特点上世纪九十年代，以STA

4、RT为代表的ST装置已从实验上初步验证了这种类型装置的优越性。球形托卡马克世界范围分布SUNIST简介SUNIST是我国自行设计建造的第一个球形托卡马克实验装置。基本参数：环径比：1.3；拉长：1.6环向磁场：1500G等离子体电流：50KA工作气体为氢气，欧姆放电持续时间约5ms，其中平台区长2ms国内外研究动态边界区湍流方面：ZwebenSJ等：观察到湍流存在相干结构和径向传播行为（NSTX）TournianskiM.R.等：L-H模转换过程中的极向流速与径向电场之间的关系进行了研究（START）王老师做过了边界湍流输运时间长程相关性相关分析。边界湍流输运空间长程相

5、关还基本没人做国内外研究动态静电测量与磁测量结合方面：目前国内外的诊断测量均分别针对静电或磁独立进行，而将两者结合——即在空间任意一点同时取得静电涨落参数和磁涨落参数，并据此比较二者的差别与联系——此项研究在国内外还鲜有问津。研究工作概述实际测量并分析静电涨落及其驱动的湍流输运的空间行为是否具有长程相关特性通过将静电探针与磁探针设计结合在一个探针上，同时求出径向静电涨落分布和磁涨落分布，并分析比较得出二者的区别与联系。通过在探针上加装输运通量测量探针，从而验证等离子体湍流输运的阵发特性。(一)空间长程相关性分析诊断手段：静电探针——三探针原理分析：1.由三探针测得电子温

6、度、电子密度、悬浮电位等瞬时值，并用如下公式求得涨落量2.利用湍流谱分析技术求得径向上任意两点的谱功率密度分布3.利用功率谱密度分布做空间长程相关性分析——即求取Hurst指数，判断在空间多大范围内静电湍流输运存在长程相关性。(一)空间长程相关性分析实验拓展考虑到585所做相同的实验，将结果与在SUNIST上所做结果进行比较，分析二者结果的差别，分析对比装置尺寸对空间长程相关性的影响。考虑等离子体湍流输运的空间长程相关性是否具有普遍适用性。(二)静电涨落与磁涨落相关性分析制作探针，将静电探针与磁探针做到一个探针上同时取得径向任意一点的静电涨落与磁涨落。对静电涨落与磁涨落

7、做相关性分析一致性分析小波分析双谱分析(三)粒子输运通量的验证在静电探针上加装粒子输运通量探针取得径向任一点的粒子输运通量，同时利用静电探针取得该点的电子密度，电子温度，悬浮电位等参量利用如下公式计算粒子输运通量对比计算结果与实际测量结果，进行误差分析。(三)粒子输运通量的验证误差产生的可能原因该公式的提出基于的假设：不考虑极向和环向不对称性假定涨落频率远低于离子回旋频率分析该假设在SUNIST是否可行。实验拓展如果时间容许，考虑由于现在SUNIST正在计划引入阿尔芬波加热方式，因此可以重做上述实验，看等离子体在该加热方式下有何新的特点。