试探粒子模型下托卡马克中逃逸电子的能量极限分析-论文.pdf

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1、第24卷第5期四川文理学院学报2014年9月Vo1．24No．5SichuanUniversityofArtsandScienceJournalSep．2014试探粒子模型下托卡马克中逃逸电子的能量极限分析竹锦霞，涂朴(四川文理学院物理与机电工程学院，四川达州635000)摘要：高能量的逃逸电子轰击装置的第一壁材料会舛托卡马克装置构成严重威胁q用试探粒子模型分析了HT一7托卡马克中限制相对论逃逸电子的能量机制．关键词：试探粒子模型；相对论逃逸电子；能量极限中图分类号：O53文献标志码：A文章编号：1674-5248(2O14)05一O027一O3个

2、方面限制；同步辐射的减速、轨道漂移、逃逸电0引言子和磁场波纹之间的共振、不稳定性．当逃逸电子损失的能量平衡等于从电场中获得的能量时，逃所谓逃逸电子，是指一部分速度大的热电子逸电子的能量达到最大值，即极限值．托卡马克变或者是快电子受到的碰撞阻力小于电场力时，超压器的伏秒数表示逃逸电子可以吸收的能量大过一定阈值后不断被加速到很高的能量的电子．小．其中同步辐射引起的能量损失是主要项，磁场由于逃逸电子的能量可高达数十MeV，当它轰击纹波等对逃逸能量的限制也有很重要的作用．装置第一壁材料时，对装置的安全构成了严重威胁．[1]特别是在托卡马克等离子体低密度放电

3、在托卡马克装置中，逃逸电子受环形电场的加速作用，电场对单个电子做功的功率为和破裂阶段，研究逃逸电子能量极限，探索有效的PE一8cVf／27fR(1)抑制能量的手段，是下一代装置稳定运行的基础之一．[3]式中R是装置的大半径，e是电子电荷，是等离子体环电压，f是光速．试探粒子模型是分析逃逸电子行为的有效工电子获得的电场能量随时间的演化关系为具．[4]利用试探粒子模型可以研究包括电场加速、本底等离子体的碰撞、同步辐射损失下逃逸电口riow(￡)一lV(f)(2)子的能量极限．本文利用试探粒子模型研究了等离子体辐射是等离子体自身固有的现象．HT一7托卡马

4、克中限制相对论逃逸电子的能量逃逸电子在装置中做环向运动时辐射电磁波，辐机制，包括电场加速、同步辐射损失、轨道漂移、逃射方向在逃逸电子运动的前方，波长在几个微米逸电子和磁场波纹共振以及MHD不稳定性．范围．逃逸电子在装置中做环向运动时辐射电磁1逃逸电子能量极限分析辐射，单位立体角内的功率为dP一———一：==________’____!__’_一_⋯——1：．在托卡马克装置中，当电子超过阈值速度时Q(4聪0)4，；(1-pcos0)。会不断被环形电场加速并且可能达到几十MeV(1一)(3)的能量．电子最终所获得的最大能量受到以下几收稿日期：2Ol4一

5、O5—28基金项目：四川省教育厅2012年度一般项目“物联网节点信息感知安全性研究”(】4ZB0314)；四川文理学院2013年度重点教改项目“地方高校实验教学示范中心建设与应用型人才的培养研究”(2013JZ24)作者简介：竹锦霞(1976一)，女，四川雅安人．副教授，硕士，主要从事托卡马克逃逸电子的实验研究．272014年第5期竹锦霞，涂朴：试探粒子模型下托卡马克中逃逸电子的能量极限分析量，就会发生不稳定性．不稳定性将影响逃逸电子式中三v／c，y一(1一。)的能量极限以及约束时间．L6j在相对论极限时，1．当l一／3cosO取极小逃逸电子在电场

6、中的加速和同步辐射阻尼是值时辐射功率取得最大值．其辐射功率为影响电子能量限制的主要因素．在轨道漂移、逃逸P≈2mof。r)，／3R(4)电子和磁场波纹之间的共振、不稳定性等因素影r。是电子经典汤姆逊半径，y是相对论因子，响下逃逸电子的能量演化为Rc为逃逸电子运动轨迹的半径．。f。d7一PE—P(7)带电粒子在均匀恒定磁场中的运动由以下条图1为利用试探粒子模型结合HT一7放电件决定：沿磁场方向的电场分量引起的加速运动、过程中环电压值计算得到的逃逸电子能量演化图E×B引起的漂移运动、垂直于磁场的回旋运动．(e—O．2)．从图中可以得到本次放电过程中逃逸

7、电托卡马克中，磁场强度并不是均匀分布的．只有当子的最高能量值大约为25MeV．逃逸电子的轨道半径和位移偏移小于装置的小半径时，逃逸电子才可以约束在装置中，否则会和第一壁或者限制器碰撞而损失．约束的逃逸电子的最大能量为w一(5)q“式中q是等离子体边界的安全因子，a是等离子体的小半径．根据HT一7上q一4，BD一2T，口一0．27m，对应于所能约束的最大能量约为40MeV．1line(s)在托卡马克装置上由于磁场是由有限的线圈图1试探粒子模型下逃逸电子能量随时间变化关系(@形成，磁场有一定的波纹度，并且波纹是随等离子一0，2，Vf=0．8V)体半径的

8、增大而增大的，逃逸电子在经历这个波当P一P—O时逃逸电子达到能量平衡，对应的纹场时会受到调制，调制频率为：能量以相对论因子