反场构型等离子体靶压缩过程中强磁场对α粒子能量的约束效应

基于一维弹塑性磁流体力学程序（SSS-MHD）,研究了反场构型（FRC）等离子体靶在磁驱动固体套筒压缩过程中强磁场对α粒子能量约束效应,分析了α粒子的非局域和局域自加热对FRC等离子靶压缩峰值温度的影响,以及α粒子能量在整个压缩过程中端部损失效应。等离子体部分采用多温单流体的模型,能量的计算中引入了DT离子、电子及α粒子多成分温度的能量方程,同时考虑了等离子体压缩过程热平衡下的核反应和非局域自加热问题。研究结果表明,磁化靶聚变等离子体在压缩过程中具有较好的稳定性,能够保持刚性转子的靶结构,压缩过程形成的强磁场能够将α粒子的能量约束在O点附近的区域,有利于等离子体靶的点火及燃烧;α粒子对等离子体的自加热效应主要集中在等离子体电流中心区,而非等离子体中心轴处;α粒子对DT等离子体局域和非局域自加热过程存在差异,局域自加热过程的功率大于非局域自加热过程的功率,FRC等离子靶压缩峰值状态温度相差0.5倍。在反场构型的刮离层区,α粒子的能量端部损失在FRC等离子体靶的压缩和膨胀过程中逐渐增大。     

自由界面轴对称等离子体位形的绝热演化

本文将轴对称等离子体的平衡方程与它对磁面求平均的磁面平均方程相结合,求出了等离子体平衡位形随时间的绝热演化。计算结果与解析的Furth-Yoshikawa定标律符合较好。文中还给出了两种不同类型磁压缩装置的等离子体位形的演化。 关键词：     

HL—1装置的反磁磁通测量

本文简要地叙述了HL-1装置上等离子体反磁磁通测量,由此推算β_p、平均能量、能量约束时间的原理和方法,给出了典型放电的测量和计算结果。     

平板约束下激光诱导等离子体的动态仿真

为深入认识空间约束增强的物理机理,采用二维可压缩流体模型,建立平板约束下激光诱导等离子体动力学行为的数值模拟模型,计算了平板约束下等离子体的演化过程,得到的一系列时间分辨的温度分布结果与实验结果基本一致.揭示了平板约束下,反射激波对等离子体的压缩作用导致等离子体温度升高的机理.对不同激光能量和不同约束板间距对等离子体温度增强效果和增强时刻的影响进行了研究,两板间距增加,增强时刻明显延迟,等离子体温度的增强效果削弱.     

能量输运对柱状等离子体开关磁场穿透过程的影响

 对于高密度、导通时间为μs级的柱状等离子体开关，利用磁流体动力学理论(MHD)，对其导通阶段的磁场穿透过程进行了模拟，得到了磁场分布随时间的变化；研究了开关导通过程中能量输运导致的温度不均匀分布对磁场穿透过程的影响。模拟结果表明：对于高密度等离子体开关，磁场以远大于磁扩散速率的速度穿透到等离子体中；在磁压对等离子体产生的压缩效应和欧姆加热效应共同作用下，激波区域的等离子体温度显著升高，这进一步加速了磁场穿透；当考虑能量输运方程时，开关导通时间为0.87 μs，比等温模型的结果0.92 μs短，与实验结果0.87 μs相一致。     

锥形腔等离子体压缩的磁流体模拟

锥形腔内爆压缩是一种新的产生高温高压等离子体的方式,在常规压强驱动下可以实现10~6—10~9的体积压缩比,温度达到10 eV以上.为了进一步快速压缩升温,并引入磁场约束能量,我们提出了在流体驱动压缩末端使用θ箍缩的办法,以产生更高温度和密度的等离子体.我们采用磁流体模拟,对锥形腔内只有流体驱动、只有θ箍缩和同时有流体驱动和θ箍缩的混合压缩三种压缩方式进行二维数值计算,结果显示混合压缩能够显著改善压缩和能量约束,产生更高温度的等离子体.模拟还分析了不同参数对混合压缩的影响.     

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通过求解二维热输运方程,数值分析了横越单磁岛的热输运现象。仅有背景加热时,当磁岛宽度小于临界磁岛宽度时,磁岛对能量约束影响不明显;当磁岛宽度大于临界磁岛宽度时,磁岛降低的能量损失随着磁岛宽度呈线性增大,有效径向热导系数在磁岛区域呈高斯分布且最大值在有理面处。当等离子体背景加热与ECRH共同加热时,ECRH对磁岛区域的温度分布及能量约束均有别于背景热源,这为进一步研究ECRH抑制撕裂模的问题提供了基础。     

一种等离子体湍流实验数据分析程序的设计与应用

针对磁约束聚变等离子体边缘湍流中非线性能量传递过程的问题,开发了数据分析程序。该程序基于数字谱分析技术来求解波耦合方程,进而计算与三波相互作用相关联的线性和非线性耦合系数以及能量转移。介绍了算法设计和程序开发的主要思想,并对程序进行了仿真测试。然后应用该程序分析了反场箍缩装置实验的一次放电实验数据,观察到湍流之间的波耦合和能量级联现象,发现或证实了聚变等离子体湍流激发与增长的一种内在机制。     

HL-2A等离子体约束参数的实时确定

在HL-2A等离子体放电过程中，利用CF编码计算出的等离子体边界磁场，计算出Shafranov 积分S₁，S₂和S₃,再利用反磁磁通导出极向比压β_p，等离子体内自感l_i，等离子体磁轴的大半径R_m，等离子体的能量W_dia，能量约束时间τ_E；再用电流矩导出等离子体的电流中心(R_c,Z_c).实时确定这些量对于及时了解和改进装置的放电和改善等离子体性能很有意义. 关键词： 等离子体约束 Shafranov 积分     

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针对磁约束聚变等离子体边缘湍流中非线性能量传递过程的问题,开发了数据分析程序.该程序基于数字谱分析技术来求解波耦合方程,进而计算与三波相互作用相关联的线性和非线性耦合系数以及能量转移.介绍了算法设计和程序开发的主要思想,并对程序进行了仿真测试.然后应用该程序分析了反场箍缩装置实验的一次放电实验数据,观察到湍流之间的波耦合和能量级联现象,发现或证实了聚变等离子体湍流激发与增长的一种内在机制.     

快粒子在聚变等离子体中的慢化及能量增益研究

本文将快电子在介质中慢化的Landau理论应用于快带电粒子在聚变等离子体中慢化过程的研究。研究表明,在一定的条件下本文的结果与Fokker-Planck方程的解有明显的区别。原因是粒子间大能量交换的碰撞事件对慢化过程仍起相当的作用。作为本文理论的一个具体应用,计算了氘氚束在聚变等离子体的能量增益,说明提高粒子约束时间对改善能量增益的意义。 关键词：     

利用低杂波改善约束的实验研究

介绍了在HT-6M托卡马克上,利用双低杂波的组合,成功地实现了准稳态的高约束模式运行. 能量约束时间提高两倍以上,粒子的约束在较高密度下依然改善3倍以上.通过应用波扩散及 电流径向扩散方程计算低杂波电流传播的方法,对一组典型的数据进行数值模拟.计算表明 ,在HT-6M低杂波实验中,由于纵场较低,密度较高,低杂波的能量沉积在离磁轴较远的位 置,使等离子体电流密度分布成为反剪切位形,内部输运垒地形成,大大提高了等离子体的 约束状况.实验数据也给出了反剪切的证据. 关键词： 托卡马克 低杂波 约束改善     

惯性约束聚变的进展

现阶段受控热核聚变研究的两个主要途径是磁约束聚变与惯性约束聚变.惯性约束聚变目前主要是采用激光驱动的方法,在1987-1988年间取得了突出的进展. 劳仑斯·里弗莫尔国家实验室(LLNL)用NOVA激光器进行的一系列实验中是采用0.35μm的激光,能量为20000J.实验结果,等离子体密度n与约束时间■的乘积n■～5×1014s·cm-3,密度被压缩到液态氖氖密度的100-150倍.这些爆聚实验与假定理想球对称时磁流体模拟的预言一致.这些结果支持了如下的观点:如果以数百万焦耳能量的激光驱动高性能的靶,激光聚变可达到高的能量增益(能量增益超过100). 罗彻斯…     

托卡马克等离子体粒子输运方程的半解析研究

粒子约束和输运特性的研究是磁约束聚变物理研究最基本的和最重要的课题之一。大量实验表明粒子约束好坏不仅直接影响等离子体储能,而直接与总体能量约束时间有关,而且粒子密度的剖面分布与约束模式有内在的联系。这里的粒子除工作粒子（一般指氢、氘）外,也包括杂质。文献（1）对杂质输运方程的一般特性进行了系统研究,本文将该文所述方法推广到工作粒子输运情形。在假定输运算子为线性的基础上,对粒子输运方程进行了基于Green函数表示或广富氏展开的解析研究。但当扩散系数和对流系数均随空间变化时,用于展开的基函数的微分方程特征值问题需由数值方法确定,因此称半解析研究。     

磁空混合约束激光诱导Cu等离子体光谱特性

本文基于发射光谱法对磁空混合约束铜等离子体光谱特性进行了研究,分析了磁空混合约束条件下铜等离子体光谱强度演化过程以及等离子体光谱轴向和横向分布.实验结果表明,在磁空混合约束和空间约束条件下等离子体光谱均出现增强,对原子光谱Cu I 521.8 nm的最大增强因子分别为2和1.2,磁空混合作用等离子体离子光谱增强效果大于纯空间约束情形.在磁空混合约束作用下,光谱增强在小延时来源于磁场约束产生,而大延时为空间约束产生.结合光学阴影成像法,分析了Cu I 521.8 nm谱线强度的轴向和横向空间强度分布,由于空间约束作用的冲击波反射压缩,使等离子体羽横向膨胀方向存在约束,使等离子体内原子数密度最大空间位置前移,造成了磁空混合约束下Cu I 521.8 nm谱线强度的轴向最大空间位置远离铜表面.     

托卡马克能量约束及自举电流效应的初步考虑

基于Lee等人的离子温度梯度模导致的反常热能输运系数,本文研究了辅助加热托卡马克等离子体的能量约束行为,并对自举电流的效应作了初步考虑。结果表明,计算得到的能量约束时间随等离子体电流I_p和托卡马克大半径R增大而增长,随注入功率P_t、环向场B_t以及等离子体小半径α的增大而缩短。这些结果与Kaye-Goldston的经验约束定标具有相同的趋势。自举电流的存在总是导致能量约束时间的增加,当自举电流与总电流的比值γ较小时,能量约束时间的增加率约为γ/2。此外,自举电流将造成锯齿反转半径的减小。     

高性能自持燃烧的氘氚等离子体

在等离子体密度分布一定的情况下，从电子、离子的能量输运方程出发，对常规剪切和中心负剪切位形下高性能自持燃烧的氘氚等离子体进行了研究.常规剪切下采用与能量约束改善因子H有关的Bohm热传导系数，中心负剪切下采用一个与磁剪切有关的Bohm-gyro-Bohm混合型的热传导系数，并考虑了α粒子反常扩散和动态反馈加热对氘氚自持燃烧的影响.研究结果表明，常规剪切下当H≥3时，才有较大的能量输出，当H接近4时无须动态反馈加热氘氚就能获得自持燃烧；在中心负剪切位形下，等离子体的运行性能更高，有更高的能量输出，一旦氘氚达 关键词： 高性能等离子体 氘氚自持燃烧 中心负剪切     

激光等离子体在螺线管发散磁场中的特性研究

激光烧蚀等离子体(LAP)可用作粒子加速器和离子注入器中使用的离子源。相较于其它离子源,激光离子源在流强上具有优势,但由于产生的离子束脉冲时间短,限制了其在加速器中的广泛应用。实验中通过对激光等离子体扩散区域引入螺线管磁场进行约束,实现了对激光等离子体脉冲时间结构的调制。为了研究螺线管磁场对LAP的影响,实验使用了不同的激光能量(1~8 J)来生产具有不同初始条件的激光等离子体,并应用了不同的磁场强度来约束激光等离子体。在螺线管边缘场,通过可移动的法拉第筒(FC)对激光等离子体的横向分布进行测量。对于不同初始状态的等离子体,随着磁场的增加,其离子脉冲的主要参数(脉冲总电荷量、峰值流强、脉宽)均呈现先上升后逐渐饱和的变化趋势。另外,在没有磁场的条件下,在所测量位置处,等离子体的横向呈均匀分布;而在磁场约束的条件下,等离子体明显向轴线聚集。以上实验结果对进一步了解磁约束激光等离子体的特性具有重要意义。     

用于电磁驱动真空-等离子体系统数值模拟的弛豫磁流体力学模型

提出了一个弛豫磁流体力学模型,特别适合电磁驱动真空-等离子体系统的数值模拟。该模型和Seyler采用的弛豫模型有相似之处,即采用全电磁模型,不同的是采用忽略电子惯性项的广义欧姆定律直接作为本构来封闭麦克斯韦方程,减少了独立变量,是适合此类问题的最简模型。分析了磁流体力学模型电磁部分的色散关系,从而论证了其在真空区退化为电磁传播,在等离子体物质区退化为磁扩散近似,并且相速和群速是有上界的。改进了Seyler采用的时间离散方式,从而将时间精度从1阶提高到3阶,时间步长不受刚性源项约束,只受系统最大的特征速度确定的柯朗-弗里德里奇-列维(CFL)条件约束,便于显式计算和大规模并行化。     

托卡马克位形与输运的自洽计算(Ⅰ)

用联立的磁场位形方程(二维)与磁面平均的输运方程(一维),描写托卡马克等离子体在扩散时间尺度上的演变,建立了求解简化方案的程序。在简化方案中,只计算了磁场位形与电子能量和磁通的扩散,给出了初步试算结果。