磁约束等离子体边界层里杂质辐射的研究

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1、东华大学硕士学位论文磁约束等离子体边界层里杂质辐射的研究专业名称：物理学作者姓名：钟德俊指导老师：查学军学校代码：10255学号：2121337磁约束等离子体边界层里杂质辐射的研究STUDYOFIMPURITYRADIATIONINEDGELAYEROFMAGNETICCONFINEDPLASMAS姓名：钟德俊专业：物理学指导教师：查学军答辩日期：2015年5月21日东华大学学位论文原创性声明本人郑重声明：我恪守学术道德，崇尚严谨学风。所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已明确注明和引用的内容外，本论文

2、不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品及成果的内容。论文为本人亲自撰写，我对所写的内容负责，并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：签字日期：年月日磁约束等离子体边界层里杂质辐射的研究磁约束等离子体边界层里杂质辐射的研究摘要磁约束聚变装置是当前世界上研究受控热核聚变的主要装置，装置里位于芯部等离子体与第一壁之间的边界等离子体，由于和第一壁直接相互作用，因此等离子体中杂质的存在不可避免。根据实验条件及装置使用材料的不同，等离子体中杂质种类在从低Z杂质到高Z杂质一个很宽的范围内分布。边界层中的杂质离子会因为受到各种力的作用进入

3、到芯部，从而污染芯部等离子体，杂质所产生的辐射功率损失使等离子体的温度降低，最终可导致等离子体约束时间减小并可导致等离子体熄灭。可见，边界等离子体行为将直接影响磁约束聚变装置及未来聚变堆的排灰、排热和杂质控制，边界层杂质问题的研究是托卡马克类磁约束聚变装置研究的前沿课题。由于磁约束聚变研究中边界等离子体输运过程的复杂性，其主要的理论研究手段是借助大型数值模拟程序来进行边界等离子体（偏滤器物理）的研究。EMC3-EIREN是当今世界上唯一的研究三维边界等离子体和杂质输运的并行程序包，它采用了蒙特卡罗模拟方法来求解流体模型的输运方程组。该大型模拟程序包

4、以聚变装置的真实边界几何位形为计算区间，紧密结合了边界层具体物理参数，因而模拟结果能充分体现具体装置边缘等离子体的特性，是当前tokamak和仿星器边界输运研究的重要工具，本论文应用大型数值模拟程序I磁约束等离子体边界层里杂质辐射的研究EMC3-EIRENE程序模拟了ITER装置在电流爬升阶段，分立限制器溅射出来的铍杂质在边界层的三维输运和辐射功率，得到了铍杂质的密度分布特性等；同时自编程序在日冕平衡和非日冕平衡（考虑杂质输运效应）条件下分别计算了等离子体边界sol层里，铍（Be）杂质各个价态辐射的总功率，并和三维程序EMC3-EIRENE的计算结

5、果作对比，结果符合很好。开展该模拟研究对于研究有关ITER边界等离子体输运的科学问题具有一定的意义。关键词：日冕平衡；ITER；托卡马克；边界层；EMC3-EIRENE；杂质输运；杂质辐射II磁约束等离子体边界层里杂质辐射的研究STUDYOFIMPURITYRADIATIONINEDGELAYEROFMAGNETICCONFINEDPLASMASABSTRACTMagneticconfinedfusiondeviceisamainschemefortheresearchofcontrolledthermonuclearfusion.Theedgep

6、lasmabetweenthecoreplasmaandthefirstwallofthiskindofdevicealwaysinteractwiththefirstwalldirectlyandthusunavoidablygeneratesimpuritiesinplasmas.TheimpuritycategoryvariesinawiderangefromlowZtohighZaccordingtodifferentexperimentalconditionsandthematerialsofthefirstwall.Theimpurit

7、yionswillbeforcedintothecoreregionandcontaminatecoreplasmas.Theradiationlossescausedbyimpuritiesreducetheplasmatemperatureandconsequentlyleadtoareductionofconfinementtimeordisruption.Sothebehaviorofedgeplasmasplayanimportantroleinashremoval,heatremovalandimpuritycontrolofmagne

8、ticconfineddevicesandfuturefusionreactors.Thestudyofimpuritie