j-text托卡马克超声分子束注入的实验研究

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1、分类号学校代码密级博士学位论文托卡马克超声分子束注入的嫌纖学位申请人：肖金水学科专业：电气工程指导教师：刘明海教授答辩日期：年月日AThesisSubmittedinPartialofFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofDoctorofEngineeringExperimentalStudyofSupersonicMolecularBeamInjectiononJ-TEXTtokamakCandidate:XiaoJinshuiMajor:ElectricalEngineeringSupervisor:P

2、rof.LiuMinghaiHuazhongUniversityofScienceandTechnologyWuhan430074,P.R.ChinaMay,2015独创性声明本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除文中已经标明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者签名円期：年月学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，即：

3、学校有权保留并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。本人授权华中科技大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入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和汇编本学位论文。保密口，在年解密后适用本授权书。本论文属于丄不保密。请在以上方框内打“”）学位论文作者签名：指导教师签名曰期：年、月曰期：如■年月华中科技大学博士学位论文摘要托卡马克等离子体需要满足能量三重积条件，才能实现可控核聚变反应的自持燃烧。为了达到要求的等离子体密度，快速高效、经济节约的等离子体加料手段必不可少。传统的普通送气方法加料效率低，响应时间

4、长，不能满足将来聚变装置的要求。因此，有必要进一步探索新的加料方式。超声分子束注入（具有加料效率高、结构简单和用途广泛等特点，己经在国内外不同磁约束聚变研究装置上得到应用，取得了不少进展。弄清楚超声分子束的注入过程以及和等离子体相互作用的机制，同时结合现有的加料手段，为托卡马克装置甚至是将来的聚变反应堆提供高效的加料方案，是当前研究需要解决的问题。除了等离子体加料，还应用于粒子输运、控制、非局域电子热输运、等离子体密度反馈等不同的物理实验研究中，成为一种良好的边缘调制手段。本论文的主要工作为托卡马克超声分子束系统的设计和搭建，以及应用于等离子体加料和非

5、局域热输运物理实验的相关研究。论文调研了超声分子束的形成原理，介绍了国内外各个装置上超声分子束系统的发展概况。在借鉴以往经验的基础上，设计并搭建了托卡马克超声分子束系统。该系统拥有和两套子系统，除了传统的垂直注入和常温注入以外，能够实现角度注入和低温注入。论文介绍了系统的组成部分，如气路、注入器和控制器等，并给出了系统调试结果。论文通过对比上不同注入参数（如压强、脉宽等）下的加料效果，研究了超声分子束加料剂量的影响。实验发现不同注入量下的具有不同的加料效果，主要分为适量和大量两种情况。两者的区别在于加料的同时是否激发起磁流体不稳定性。在适量情况下，不稳

6、定性不会被激发，气体注入后能能快速、明显提升等离子体密度，最大加料效率达到。在大量情况下，不稳定性行为被激发，等离子体约束性能变差，加料效果受到影响，效率只有。论文研究了加料效率和等离子体参数的关系，探讨了超声分子束加料方案的优化问题。华中科技大学博士学位论文论文对超声分子束的注入过程和注入期间的等离子体行为做了相应的分析，估计了进入等离子体之前的平均速度，并观察了其沉积位置。实验发现，超声分子束气体主要沉积在限制器以内附近，最大注入深度能达到以上。论文介绍了注入期间温度、辐射、边界转动速度和湍流等参数的时间演化过程。实验发现在适量情况下，一定程度的电

7、流密度峰化有助于改善等离子体约束，边界离子饱和流和悬浮电位的涨落量下降。而在大量情况下，引起的芯部电流密度过于峰化，往往激发，的撖裂模不稳定性。在低密度放电条件下，实验通过注入脉冲，成功观察到了非局域电子热输运现象。该现象引起的芯部温度上升幅度一般在左右，维持时间大约有十几个毫秒，和能量约束时间相当。通过改变放电实验发现温度反转点的位置介于之间。在欧姆放电条件下，非局域现象的密度阈值大约为。在同时投入外加扰动场条件下，非局域现象更加明显。结合现有实验结果和理论解释，论文对非局域现象的机制做了初步的讨论。关键词：托卡马克超声分子束注入加料非局域电子热输运

8、华中科技大学博士学位论文，，华中科技大学博士学位论文，华中科技大学博士学位论文目录■绪论研究背