ICRF模式转换加热理论模拟和功率调制实验分析

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1、中国科学院大学UniversityofChineseAcademyofSciences硕士学位论文密级：2013年4月NumericaIsimulationofICRFmodeconversionheating＆立坌鱼垒D墨!Y§l苎Q!!￡BEeQ堂皇￡也Q垫丛!坌兰iQn呈苎巳皇￡i笾皇D量ByLingfengLuADissertationSubmittedtoUniversityofChineseAcademyofSciencesInpartialfulfillmentoftherequirementForthedegreeofMastero

2、fPlasmaPhysicsHefeiInstitutesofPhysicalScience，ChineseAcademyofSciencesApril，2013学位论文原创性声明郑重声明：本人呈交的学位论文((ICRF模式转换加热理论模拟和功率调制实验分析》，是在导师的指导下，进行研究工作取得的成果。论文中所有数据、图片资料均真实可靠。尽我所知，除文中已经注明引用的内容外，本学位论文的研究成果不包含他人享有的著作权的内容。对本论文所涉及的研究工作做出贡献的其他个人和集体，均已在文中以明确的方式标明。本学位论文的知识产权归属于培养单位，本学位论文原

3、创性声明的法律责任由本人承担。本人签名：一目期：致谢本论文所有工作都是在赵燕平老师和张新军老师的悉心指导和直接关怀下完成的。赵老师刻苦敬业的精神时时鞭策着我，每天晚上看到赵老师办公室那经久不息的灯光，我都感到一种无声的动力；我也无法忘记每次与张老师愉快而深刻的讨论，以及他作为一个师兄给予我的关爱。还要衷心感谢课题组的所有老师：秦成明老师、毛玉周老师、薛迪冶老师、琚松青老师、邓旭老师、袁帅老师和程艳老师。感谢他们在我的三年学习中给予的亲切指导和大力支持。感谢GaryTaylor,VanEesterDirk,YevgenKazakov,HiroshiK

4、asahara，孙有文，徐国盛、项农以及林毅君老师，与他们的讨论，对我的研究工作起了很大的帮助。同时也要感谢课题组的各位同学：陈根、何钟鑫、郑芬、郑高伟、唐杰、李吉龙、张珈珲以及李妙辉、孔二华、汪惠乾几位师兄在学习、生活和工作上给我的无私帮助，在此向他们表示诚挚的谢意。感谢研究生部常昱红、叶海燕、吴海信、周丹丹老师在各项事务中给我的帮助。最后，深深感谢我的父母，是他们在生活、学习中给予我无微不至的关怀和鼓励，使我得以安心顺利地完成学业。仍记得四年前，在大三电动力学课上第一次听老师说聚变和ITER计划时心中的那种憧憬和梦想，现在，通过等离子体所这个大

5、平台，我的人生和这一崇高事业发生了联系。在等离子体所这个大家庭中，我得以有机会和一大批老师、朋友交流，他们的一些见解、经验甚至是对生活的理解，影响了我对聚变事业的看法，让我能以一个积极的心态面对科研工作，面对以后的人生。这里是我梦想开始的地方，无论未来走到哪里，这三年充实美好的时光都会深深印在我的脑海里。要感谢的人还有很多，与其写出来不如记在心里。未来CEA的博士生涯充满挑战，但我相信，有这三年的基础，加上这么多老师和朋友的关心和支持，我一定能够在以后的工作中取得更好的成绩。摘要本文根据冷等离子体色散关系和相位积分法推导了快波模式转换效率的计算公式

6、。计算中考虑了离子．离子混杂共振层、等离子体内部左旋截止层和高场侧右旋截止层的影响，构建了三体模型。当存在第三种离子时，第二个左旋截止层可以替代高场侧的截止层起反射作用。根据此模型完成了双离子情形和三离子情形下的程序编译，分析了不同天线相位，少子浓度，快波频率和纵场强度对模式转换效率的影响。在HT．7和EAST的离子回旋功率调制实验中，采用快速傅利叶分析和斜变法得到了电子功率沉积分布。HT．7上的实验结果表明功率沉积位置随着纵场强度而变化，证明了电子加热来源于直接的波与电子相互作用，这与模式转换加热模式的理论预测相吻合。EAST上主要的加热模式是少

7、子氢的基频共振，利用实验数据计算得到的功率沉积峰值也在氢的基频共振层附近。利用上述方法，还获得了EAST上离子回旋加热下L模的能量约束时间和离子回旋加热效率。计算得到的L模能量约束时间约为50ms，而且不同调制频率和磁场下的计算结果符合ITER．89P定标率。分析得出的氢基频共振加热效率约为30％，若考虑到加波时环电压下降带来的误差，真实值比计算值略高。关键词：离子回旋共振加热；模式转换加热；功率沉积分布；能量约束时间AbstractModeconversionefficiencyoffastwavewasderivedfromcoldplasma

8、dispersionbyphaseintegralmethod．Byconsideringtheeffectofion—i