磁約束等離子體邊界漲落分析劉君碩士開(kāi)題報(bào)告

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1、磁約束等離子體邊界漲落分析清華大學(xué)工程物理系劉君導(dǎo)師：王文浩球形托卡馬克研究的意義世界范圍能源危機(jī)如何解決？解決辦法：采用核能能源環(huán)境污染問(wèn)題如何解決？解決辦法：采用聚變能受控聚變能問(wèn)題如何解決？解決辦法：球形托卡馬克世界范圍能源危機(jī)世界能源供應(yīng)走勢(shì)（億噸標(biāo)媒）世界能源需求：1990（80.45）2000（93.66）2010（111.62）2050（207.38）可開(kāi)采的非再生能源：煤—219年（中國(guó)不足100年）；石油、天然氣—44年。解決能源危機(jī)的辦法資源儲(chǔ)量（等效TW?a）煤炭原油天然氣U-235U-238Th-232DLi(巖石中)Li(海水中)1000200

2、100250>1042×10116×1046×108解決辦法U-235僅夠用幾十年，如果發(fā)展增殖堆，把U-238和Th-232也用上，可用幾百年。但如果利用好聚變能，則僅3米深的海水中所含的Li就可滿(mǎn)足全球3000萬(wàn)年的能源需要！如果在開(kāi)發(fā)出D-D聚變能，真可謂用之不竭。能源環(huán)境污染問(wèn)題現(xiàn)存能源環(huán)境污染問(wèn)題石化燃料：重金屬毒性（U,Th,Ra,Rn排放量是相同發(fā)電能力核電站的100倍），含硫（SO2）、苯（苯并芘）、CO2；裂變核能：乏燃料中次量錒系元素的放射性壽命長(zhǎng)達(dá)幾百萬(wàn)年。聚變能源：原則上不存在長(zhǎng)壽命放射性核廢料。解決辦法：聚變能——最清潔的能源！受控聚變能問(wèn)題聚

3、變控制方式反應(yīng)堆中等離子體約束條件加熱：T>10keV——克服庫(kù)侖斥力約束條件：nt>1020m-3s“LawsonCriterion”ntT>1021m-3skeV“Tripleproduct”磁約束能達(dá)到的約束條件：n~1020m-3；t~1s慣性約束能達(dá)到的約束條件：n~1029m-3；t~1ns球形托卡馬克的產(chǎn)生1986年，美籍華裔科學(xué)家彭元?jiǎng)P首次提出了球形托卡馬克（SphericalTokamak，簡(jiǎn)稱(chēng)ST）新裝置概念特點(diǎn)：環(huán)徑比A=R/a接近于1優(yōu)點(diǎn)：同樣的磁場(chǎng)條件下該位形可以約束更高密度的等離子體，且內(nèi)在地具有抑制垂直不穩(wěn)定性的特點(diǎn)上世紀(jì)九十年代，以STA

4、RT為代表的ST裝置已從實(shí)驗(yàn)上初步驗(yàn)證了這種類(lèi)型裝置的優(yōu)越性。球形托卡馬克世界范圍分布SUNIST簡(jiǎn)介SUNIST是我國(guó)自行設(shè)計(jì)建造的第一個(gè)球形托卡馬克實(shí)驗(yàn)裝置?；緟?shù)：環(huán)徑比：1.3；拉長(zhǎng)：1.6環(huán)向磁場(chǎng)：1500G等離子體電流：50KA工作氣體為氫氣，歐姆放電持續(xù)時(shí)間約5ms，其中平臺(tái)區(qū)長(zhǎng)2ms國(guó)內(nèi)外研究動(dòng)態(tài)邊界區(qū)湍流方面：ZwebenSJ等：觀(guān)察到湍流存在相干結(jié)構(gòu)和徑向傳播行為（NSTX）TournianskiM.R.等：L-H模轉(zhuǎn)換過(guò)程中的極向流速與徑向電場(chǎng)之間的關(guān)系進(jìn)行了研究（START）王老師做過(guò)了邊界湍流輸運(yùn)時(shí)間長(zhǎng)程相關(guān)性相關(guān)分析。邊界湍流輸運(yùn)空間長(zhǎng)程相

5、關(guān)還基本沒(méi)人做國(guó)內(nèi)外研究動(dòng)態(tài)靜電測(cè)量與磁測(cè)量結(jié)合方面：目前國(guó)內(nèi)外的診斷測(cè)量均分別針對(duì)靜電或磁獨(dú)立進(jìn)行，而將兩者結(jié)合——即在空間任意一點(diǎn)同時(shí)取得靜電漲落參數(shù)和磁漲落參數(shù)，并據(jù)此比較二者的差別與聯(lián)系——此項(xiàng)研究在國(guó)內(nèi)外還鮮有問(wèn)津。研究工作概述實(shí)際測(cè)量并分析靜電漲落及其驅(qū)動(dòng)的湍流輸運(yùn)的空間行為是否具有長(zhǎng)程相關(guān)特性通過(guò)將靜電探針與磁探針設(shè)計(jì)結(jié)合在一個(gè)探針上，同時(shí)求出徑向靜電漲落分布和磁漲落分布，并分析比較得出二者的區(qū)別與聯(lián)系。通過(guò)在探針上加裝輸運(yùn)通量測(cè)量探針，從而驗(yàn)證等離子體湍流輸運(yùn)的陣發(fā)特性。(一)空間長(zhǎng)程相關(guān)性分析診斷手段：靜電探針——三探針原理分析：1.由三探針測(cè)得電子溫

6、度、電子密度、懸浮電位等瞬時(shí)值，并用如下公式求得漲落量2.利用湍流譜分析技術(shù)求得徑向上任意兩點(diǎn)的譜功率密度分布3.利用功率譜密度分布做空間長(zhǎng)程相關(guān)性分析——即求取Hurst指數(shù)，判斷在空間多大范圍內(nèi)靜電湍流輸運(yùn)存在長(zhǎng)程相關(guān)性。(一)空間長(zhǎng)程相關(guān)性分析實(shí)驗(yàn)拓展考慮到585所做相同的實(shí)驗(yàn)，將結(jié)果與在SUNIST上所做結(jié)果進(jìn)行比較，分析二者結(jié)果的差別，分析對(duì)比裝置尺寸對(duì)空間長(zhǎng)程相關(guān)性的影響?？紤]等離子體湍流輸運(yùn)的空間長(zhǎng)程相關(guān)性是否具有普遍適用性。(二)靜電漲落與磁漲落相關(guān)性分析制作探針，將靜電探針與磁探針做到一個(gè)探針上同時(shí)取得徑向任意一點(diǎn)的靜電漲落與磁漲落。對(duì)靜電漲落與磁漲落

7、做相關(guān)性分析一致性分析小波分析雙譜分析(三)粒子輸運(yùn)通量的驗(yàn)證在靜電探針上加裝粒子輸運(yùn)通量探針取得徑向任一點(diǎn)的粒子輸運(yùn)通量，同時(shí)利用靜電探針取得該點(diǎn)的電子密度，電子溫度，懸浮電位等參量利用如下公式計(jì)算粒子輸運(yùn)通量對(duì)比計(jì)算結(jié)果與實(shí)際測(cè)量結(jié)果，進(jìn)行誤差分析。(三)粒子輸運(yùn)通量的驗(yàn)證誤差產(chǎn)生的可能原因該公式的提出基于的假設(shè)：不考慮極向和環(huán)向不對(duì)稱(chēng)性假定漲落頻率遠(yuǎn)低于離子回旋頻率分析該假設(shè)在SUNIST是否可行。實(shí)驗(yàn)拓展如果時(shí)間容許，考慮由于現(xiàn)在SUNIST正在計(jì)劃引入阿爾芬波加熱方式，因此可以重做上述實(shí)驗(yàn)，看等離子體在該加熱方式下有何新的特點(diǎn)。