聚变α粒子对第一壁辐照损伤的蒙特-卡罗研究(Ⅰ)——轰击第一壁的α粒子能谱

本文研究从托卡马克聚变堆等离子体边界损失的α粒子能谱。分析α粒子的损失机制。建立描述α粒子输运的慢化-扩散方程。同时考虑香蕉捕获粒子、飞行粒子和波纹约束粒子对扩散系数的贡献以及α粒子的直接损失机制。针对典型的聚变堆参数数值求解方程得到待求的α粒子能谱。讨论了解的物理意义。     

中国聚变工程试验堆上新经典撕裂模和纵场波纹扰动叠加效应对alpha粒子损失影响的数值模拟

托卡马克聚变堆中高能量alpha粒子的良好约束是获得稳态燃烧等离子体的前提,除了磁场波纹损失,不稳定性也会引起额外的损失.本文基于中国聚变工程试验堆(CFETR)参数, alpha粒子初始分布和新经典撕裂模(NTM)扰动分布,利用粒子导心跟踪方法分别对磁场波纹和NTM两种扰动及叠加下的粒子损失进行了详细的数值模拟.结果显示粒子损失份额不随NTM扰动幅度增大而增大,两种扰动的叠加效应不明显.通过扫描装置波纹度大小以及分析相空间粒子密度和波纹损失区分布,确认原因是CFETR波纹损失区较小,没有覆盖高能量粒子(EP)密度和NTM扰动主要分布区.此外, NTM没有引起直接粒子损失和俘获粒子剖面坍塌.显著的俘获粒子密度剖面展平,并扩展到波纹损失区是两种扰动叠加效应显著的前提.无碰撞波纹随机扩散是CFETR初始分布alpha粒子的主要损失通道,通行粒子约束不受磁场波纹影响.本文研究结果对CFETR概念设计中alpha粒子物理和低频不稳定性下的EP行为具有重要意义.     

低环径比托卡马克堆中的α粒子输运

基于当前等离子体物理，本文初步讨论了低环径比托卡马克堆中等离子体的特征。在自洽的低环径比堆芯参数下，计算了α粒子约束和损失，以及不同环径比对它们的影响。     

聚变等离子体中α粒子的慢化-扩散

本文讨论α粒子在聚变堆中的分布。将α粒子分为高能的和热化的两部分,并引用慢化密度概念,得到了α粒子分布函数所满足的慢化-扩散方程组。对于典型的托卡马克聚变堆参数,在简化的条件下解析地求解了方程组,得到了α粒子的分布和自加热率。最后,比较了用不同扩散系数的计算结果。 关键词：     

HL-2A装置低参数运行的等离子体边界

因为等离子体最后的封闭磁面（LCFS）最终决定等离子体的截面形状，并且等离子体位形与许多热点的先进托卡马克（AT）和聚变堆课题相联系，例如电流密度的控制、等离子体平衡、刮离层（SOL）、粒子和能量行为、高能等离子体以及MHD不稳定性抑制等，所以目前的托卡马克仍然需要对边界的相关物理进行研究，例如边界确认、等离子体平衡和极向磁通损失等。从控制AT或者研究放电等离子体物理性质来看。获得相对准确的与边界相联系的等离子体平衡性质也是重要的。     

托卡马克聚变堆堆芯参数时空分布的数值研究

本文描述包括聚变α粒子、高能束注入及回旋辐射的较完整的托卡马克聚变堆堆芯一维输运模型和程序。所得到的粒子、磁场及能量时空分布是合理的,与实验定标律外推及INTOR预计值一致。借助数值分析了α粒子能量利用及分配、束注入特性、等离子体约束、杂质和初边条件对结果的影响,可供设计准稳态热核堆芯时参考。     

受控核聚变——现代物理学的一个重要前沿领域(之三)

 托卡马克 这是一种环形的磁约束聚变装置.这种装置在近20年来进展最快,近一二年内可望达到劳逊判据,实现聚变点火,验证受控核聚变的科学可行性,并有可能首先建成托卡马克型的聚变反应堆进行发电.因而科学界和许多国家对托卡马克极为重视,投入了大批优秀人材和巨大的财政支持.托卡马克装置如题图所示.它的主体结构包括两部分,即真空系统和磁场系统.真空室真空度要求达到10^-7帕以上.磁场系统包括磁场线圈及其供电电源.用分立的环形线圈（称纵向场线圈）排列成大环,套在形状像救生圈的环形真空室上.     

受控核聚变——现代物理学的一个重要前沿领域(之三)

托卡马克 这是一种环形的磁约束聚变装置.这种装置在近20年来进展最快,近一二年内可望达到劳逊判据,实现聚变点火,验证受控核聚变的科学可行性,并有可能首先建成托卡马克型的聚变反应堆进行发电.因而科学界和许多国家对托卡马克极为重视,投入了大批优秀人材和巨大的财政支持.托卡马克装置如题图所示.它的主体结构包括两部分,即真空系统和磁场系统.真空室真空度要求达到10~(-7)帕以上.磁场系统包括磁场线圈及其供电电源.用分立的环形线圈(称纵向场线圈)排列成大环,套在形状像救生圈的环形真空室上.这些分立的环形线圈连接起来形成螺     

等离子体理论—用球形托卡马克建立D-^3He聚变反应堆的可能性

最近几年，在磁约束聚变研究中，一类新的途径，即叫做球型托卡马克或叫做球形环的途径，取得了重要的进展,同时，托卡马克继续取得进展，国际热核实验反应堆计划（ITER）已进入实施阶段。在球形环实验中，经常可以达到高达50％以上的磁流体稳定的比压值。球形环的约束定标关系，虽然不如托卡马克那样具有庞大的数据库，但看起来也不比托卡马克差。于是，基于D及^3He之类先进燃料的聚变反应堆的兴趣有所回升，因为这类反应堆产生的高能中子的数量要小很多，后者对第一壁的损伤使得壁材料问题成为一个很困难的问题。本文利用ITER设计中公认的定标律及运行参数窗口来探讨建立基于球形环概念的D和^3He燃料的聚变反应堆的可能性。     

球形环嬗变堆包层冷却管道热工设计与热结构力学分析

利用球形环托卡马克作为聚变中子源、处置裂变堆长寿命放射性核废料的嬗变堆作为聚变能早期应用的重要途径。因核废物的日益积累和已具备现实的技术基础而受到广泛的重视。也是目前国际聚变界研究的前沿课题。     

CFETR阿尔法粒子波纹损失的数值模拟

使用导心轨道程序ORBIT,在平衡程序EFIT给出的中国聚变工程实验堆 (CFETR)平衡位型下,结合不同的阿尔法(α)粒子分布模型,计算了氘氚聚变产生的α粒子波纹损失情况。计算结果表明：在不考虑锯齿模不稳定性的α粒子分布下,ITER-like和super-X位型下的α粒子波纹损失份额为0.1%,snowflake位型在0.4%,反磁剪切位形在0.6%;在较平缓的α粒子分布下,损失份额增大,损失的高能量α粒子有局域性。     

托卡马克中局域磁扰动引起的高能量离子损失研究

基于单粒子导心运动代码ORBIT，采用测试粒子模拟方法，研究了托卡马克等离子体内部不同径向位置处局域磁场扰动对高能量离子的损失的影响。研究表明，在局域磁扰动主要分布在某磁面附近、其环向具有类似纹波场形式下，可造成一些靠近等离子体中心区域的高能量离子损失，但对靠近等离子边界的离子损失影响相对不大。这些损失的高能量离子均为捕获离子，离子的投掷角越大就越容易损失。此外，造成高能量离子最大损失率的局域场径向位置与这些损失离子的初始径向位置通常存在一定的偏移，而且这个偏移与这些离子的能量密切相关。当局域场出现在某些位置时，能量较低的离子会有一定的损失，能量较高的离子反而不会损失。     

用二维含时Fokker-Planck方程分析Tokamak中α粒子的输运

按分布函数的定义不同,描述高能带电粒子在等离子体中输运的-Planck方程有不同的形式。从数值计算的观点出发对两种不同形式的Fokker-Planck方程作了比较和评价,并指出Fokker-Planck碰撞项可解释为速度空间的对流扩散项。在此基础上用有限差分方法求解二维(速度一维,几何一维)含时Fokker-Planck方程,编制了计算程序CAPT,并将其应用于α粒子的输运研究。最后计算了典型的Tokamak D-T聚变堆参数下α粒子的损失,并给出了堆内α粒子的分布及损失α粒子的速度分布。     

高温超导体在未来聚变装置中的应用

简要地介绍了磁约束托卡马克装置中用超导磁体代替常规磁体的发展方向 ;叙述了可能用在聚变中的两类高温超导材料 ,并讨论了托卡马克磁体对高温超导体的特殊要求 ;描述了高温超导体的聚变应用进展 ;介绍了高温超导电流引线以及 A- SSTR2反应堆高温超导环场 (TF)线圈的概念设计     

改变燃料注入实现平滑停堆的数值分析

本文从零维燃烧动力学方程出发,粒子损失由捕获离子模和赝经典扩散决定,研究了一个稳定燃烧托卡马克聚变堆的停堆过程,计算了不同燃料注入方案下等离子体参量和各种功率损失的时间行为。通过比较,得到了一些对延长第一壁寿命较为有利的停堆方案。     

聚变堆燃烧等离子体温度剖面数值分析

采用聚变等离子体中α粒子慢化、扩散的多能群计算方法,结合本底等离子体的能量平衡方程,对α粒子自加热及扩散情形下对聚变堆而言甚为重要的等离子体温度剖面进行了自洽性的数值分析。对动态及稳态等离子体运行方式的模拟结果表明燃烧等离子体温度剖面比起目前实验得出的剖面更峰状化。这一特性不依α粒子在其慢化过程有无显著的扩散损失而改变,在今后对聚变堆α粒子行为及效应的严格分析中应加以考虑。     

球环型氚生产聚变堆概念设计

先进的球环型氚生产聚变堆是聚变能发展的中间应用产物。与传统托卡马克氚生产堆不同，在设计中利用了球形环的先进等离子体物理性能，并具有紧凑的结构特征，尽量利用真空室内的空间安置氚生产包层以减少氚泄露而增加氚增殖率，达到年生产富余氚lkg的目的，相应的堆利用因子为40％。在二维中子学计算的基础上，提出了ST-TPR的初步概念设计．为下一步更详细具体的概念设计提供了直接的依据和重要的参考价值。     

聚变堆环向场D形线圈应力计算

本文用有限元素法求解了托卡马克型聚变堆环向场D形线圈的应力分布。计算结果表明,拉应力结果与JET环向场D形线圈的结果一致,沿导体的剪应力很小,近似为纯张力线圈。     

托卡马克聚变堆中环向磁场超忸线圈的磁弹性弯曲与稳定性

本文针对托卡马克装置中超导载磁体的磁弹性弯曲与稳定性问题，动用Ｂｉｏｔ－Ｓａｖａｒｔ定律和曲梁弯曲理论，给出了其环向磁场的超导载流线圈结构在自身电流产生的磁力作用下的磁弹性力学模型。     

清洗放电前MUT托卡马克中的电流分布

本文利用磁探针阵测量清洗放电前ＭＵＴ托卡马克中角向磁场的分布，从而计算得到了等离子体的电流分布。结果表明，在清洗放电初期，由于存在大量杂质，等离子体的横向扩散非常大，因而。真空室的绝缘段几乎不起绝缘作用，此时所测到的环向电流中绝大部分是流经厚壁真空室的电流。