ktx装置的概念设计和rfp电流启动阶段的实验研究

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1、中国科学技术大学博士学位论文万方数据KTX装置的概念设计和RFP电流启动阶段的实验研究作者姓名：学科专业：导师姓名·1完成时间：毛文哲等离子体物理刘万东教授谢锦林博士二。一四年六月I燃嬲万方数据UniversityofScienceandTechnologyofChinaAdissertationfordoctor，SdegreeTheconceptualdesignofKTXmachineandtheexperimentaIstudiesofphysicalprocessduringthestartupphaseinRFPAuthor’SName：spe

2、ciality：Supervisor：1-1’‘'1’t1n1Snedtime：胎nzheMaoPlasmaPhysicsProf．WandongLiuDoctorJinlinXieJun．2014万方数据中国科学技术大学学位论文原创性声明本人声明所呈交的学位论文，是本人在导师指导下进行研究工作所取得的成果。除己特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含任何他人已经发表或撰写过的研究成果。与我一同工作的同志对本研究所做的贡献均己在论文中作了明确的说明。作者签名：碰，’’中国科学技术大学学位论文授权使用声明作为申请学位的条件之一，学位论文著作权拥有者授权中国科

3、学技术大学拥有学位论文的部分使用权，即：学校有权按有关规定向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅，可以将学位论文编入《中国学位论文全文数据库》等有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。本人提交的电子文档的内容和纸质论文的内容相一致。保密的学位论文在解密后也遵守此规定。导师签名：签字日期：№堡事二＆万方数据摘要反场箍缩装置是一种环形磁约束聚变装置，和其他两种重要的环形磁约束聚变装置托卡马克以及仿星器相比，RFP的主要特点是其磁场均由等离子体电流产生。RFP中的极向磁场和环向磁场的幅度可比，并且垂直

4、方向的两个磁场通过非线性作用‘dynamo’耦合在一起。其独特的磁场位型使得RFP可以达到很高的比压值，而且理论上仅通过欧姆加热就可以实现聚变点火。较低的外加磁场要求使得反场箍缩装置的工程研制相对简单和紧凑，这些特点都是磁约束聚变反应堆所期望的。本论文工作的是KTX(KedaTomseXperiment)反场箍缩实验装置的物理参数的设计，以及KTX各个系统的概念设计。为了给KTX反场箍缩实验装置未来放电运行积累经验和数据，针对反场箍缩电流启动阶段的物理过程进行了实验研究。本论文中通过对反场箍缩装置研究历史和目前研究现状的调研和讨论，确定了于KTX装置上开展

5、的物理研究内容：电阻壁模的控制，边界条件对RFP位型约束的改善，电流密度剖面调节对RFP约束的改善和单螺旋态的实现。以这些物理研究背景为基础，归纳得到KTX装置的设计参数。根据现有定标率对KTX的约束参数进行预测，并且结合一维平衡模型和能流守恒模拟了KTX的放电波形。本论文依据物理研究目标提出了KTX各个系统的基本设计要求。这些系统包括欧姆场和平衡场系统，纵场系统，真空室和导体壳。建立3D电磁模型对纵场线圈进行了设计。使用二维平衡模拟程序对平衡场线圈进行设计并且研究了等离子体电流分布和压强分布对平衡设计的影响。使用贝叶斯物理设计方法对多道干涉仪的光束位置进

6、行设计，为KTX诊断工具的参数设计提供了一种可行的方法。本论文研究了MST反场箍缩装置上等离子体电流爬升阶段的物理过程。首次在反场箍缩的电流启动阶段测量得到等离子体的磁场和动力学参数剖面。实验在不同启动纵场的条件下进行，发现高启动纵场可以降低极向磁通的消耗。在电流启动的过程中发现反常离子加热和m=l的不稳定模与q剖面的对应关系。最后通过感应磁通消耗和电阻磁通消耗的计算，分析得到不同启动纵场下磁通消耗的不同的原因。关键词：反场箍缩平衡设计贝叶斯物理设计纵场设计等离子体电流启动万方数据Abs仃actReversedfieldpinch(RFP)isanalte

7、rnativemagneticconfinementconfigurationwithlowmagneticfield．ThetoroidalfieldandpoloidalfieldofRFPgeneratedbytoroidalplasmacurrentarecomparable，whichsignificantlyreducesthestressesofmagnets．Lowerexternalmagneticfieldalsoleadshighplasmapforthebenefitofmagneticfusion．Ontheotherhand，b

8、ecausetheequivalentplasmaresistan