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《3.3托卡馬克加熱(nbi)》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關內容在教育資源-天天文庫。
1、.5.3中性束注入（NBI，NeutralBeamInput）加熱&為什么不直接利用高能離子束？磁場可以約束離子，使之不能逃出托卡馬克，同理外部高能離子束也被磁場約束，不易于進入托卡馬克內部。所以，需要在離子進入托卡馬克前，將離子束中性化――中性束。&產生中性束的工作原理圖（JET，正離子源）偏轉低能離子（離子吞食器物）抽走低能中性粒子粒子電荷交換A＋(高能)＋BàA（高能）＋B＋&產生中性束系統(tǒng)示意圖、實物照片（JET）中性束系統(tǒng)示意圖.實物照片托卡馬克一側――――――――――――――――――――――――――――（下圖：用于JE
2、T的正離子源，采用熱陰極＋磁約束）――――――――――――――――――――――――――――.（下圖：用于ASDEX-U的正離子源的內部結構，采用RF感性耦合，圖中澡盆狀部件為法拉第屏蔽，鐵箍狀部件為射頻線圈）――――――――――――――――――――――――――――&中性束加熱中的一些問題（1）中性束原子的選用在開始放電的初始建立階段，等離子體溫度不高，不能產生核反應，可以用H原子中性束加熱。在點火、燃燒階段，可以采用D中性束。（2）中性束注入位置、方向中性束注入位置：在托卡馬克的赤道面注入，通過最長，密度最大的區(qū)域。注入方向：平行
3、于環(huán)向，垂直于環(huán)向。a垂直注入優(yōu)點：窗口設計簡單；缺點：加熱后離子的垂直磁場能量大，容易進入香蕉（俘獲）軌道。在紋波度大的環(huán)向磁場中，俘獲快離子引起紋波擴散，碰撞濺射托卡馬克壁，造成雜質污染。a平行注入：缺點：窗口設計較復雜占用空間大；優(yōu)點：電離距離長，產生穿行離子。.注入方向可以平行、反平行托卡馬克電流方向。NB具有動量，單向平行注入會產生等離子體沿大環(huán)方向旋轉，可以采用對稱雙向注入。實驗發(fā)現等離子體環(huán)向旋轉可以觸發(fā)L-H約束模式轉變（有益?。?，所以一般采用單向平行注入。（1）中性束與托卡馬克plasma的作用過程：電離、高能離
4、子慢化中性束的電離有幾個過程：與電子、離子碰撞電離，電荷交換。在低能區(qū)：電荷交換占主導（A＋(高能)＋BàA（高能）＋B＋），中性粒子能量轉化為帶電粒子能量；在高能區(qū)：高能中性原子與電子的碰撞電離（在高能區(qū)主要為多級電離）占主導。當中性粒子被電離后，高能離子被約束在香蕉、通行軌道上。如果高能離子的約束時間長，將通過與其他粒子碰撞傳遞能量，自身速度降低（碰撞慢化，slowdown）。（2）托卡馬克的芯部加熱中性加熱要求其能量沉積在托卡馬克芯部，對于大托卡馬克（如ITER），要求中性束到達芯部，需要提高中性束能量àà相應要求提高離子源
5、D離子能量，在ITER上，要求離子能量達到0.25-0.5Mev。（3）增加D離子能量出現的問題在需要高于0.1Mev的中性束（相應地，離子能量需要高于0.1Mev）時，如果仍然采用正離子中性化方法，中性化效率下降（參見下圖）。――――――――――――――――――――――――――（上圖：離子中性化率隨離子能量（Kev）的變化）說明1：正離子源中有多種離子成分，原子離子、分子離子說明2：正離子的中性化率不是100%，而且中性化率不隨中性化室長度增加而.單調提高，有最佳長度，和最大中性化率。――――――――――――――――――――――
6、―――――――解決方法：采用負離子＋中性化方法。a負離子的產生方法/途徑（兩種，結合下面兩圖說明）：【負離子有兩種產生方式】：（1）在體相產生負離子：在相對高的高能電子作用下，產生高振動能態(tài)的分子，高振動能態(tài)的分子在分解時俘獲低能電子(dissociativeattachment）。該方式的產生效率高。體相產生負離子的要求：需要磁場隔離or磁過濾（magneticfilter）高能電子、低能電子區(qū)（參考上圖中結構，下圖中的結果。）（上圖：負離子源中電子溫度的軸向分布）..（2）在表面產生負離子：原子從涂敷銫壁上碰撞彈開時，產生負離
7、子。為了獲得高速率負離子產率，需要提高原子密度、能量，負離子的原始能量較高。a負離子源的重點問題：――負離子的高效率產生；――負離子的加速（電子需要控制，采用橫向磁場阻擋電子，僅引出負離子）。a負離子中性化方法：不同于正離子電荷交換方法；具體方法為：負離子和熱分子氣體作用，將負離子的電子剝離，剝離效率高達60%。采用高電離率的plasma替代熱分子氣體，效率可以進一步提高到80%。（1）ITER上的基于負離子源的中性束指標D0，1MeV，acurrentof40A，50MW，threeunits.（日本JT-60U的負離子源最好，
8、拿到N-NBI的發(fā)包）。2003已實現指標：功率－－5.8MW，中性束能量――0.4Mev，時間――10s計劃指標：功率－－10MW，中性束能量――0.5Mev，時間――10s.（日本研究人員正在裝配負離子源）（1）正、負離子源的中性束加熱技術比較
