利用电荷交换复合光谱诊断对EAST上径向电场对于输运影响的实验研究
发布时间：2023-05-25 05:39
径向电场对磁约束等离子体的约束和输运起到了至关重要的作用。但是其固有的复杂和多样性迄今还未能被充分的认识。如在低约束模向高约束模转换的过程以及内部输运垒的稳定维持中,径向电场以及带来的输运和约束问题仍不太明确。本论文依托于EAST超导托卡马克,利用高时空分辨的电荷交换复合光谱诊断,以L-H转换和内部输运垒作为出发点,对EAST上的径向电场对输运的影响进行了系统的实验研究。本论文首先介绍了 EAST上的电荷交换复合光谱诊断,电荷交换复合光谱(Charge-Exchange Recombination Spectroscopy,CXRS)诊断已经在 EAST 托卡马克装置上成功的测量到了数据并且可以用于研究等离子体中的径向电场等物理问题,该系统可以提供高时空分辨的特定杂质温度和旋转的测量。但是在实际诊断中却发现存在其他杂质的被动发射谱会出现在观测波长范围内。例如,由于边界CXRS视线落点有些位于离子回旋辐射加热的不锈钢波加热天线上,诊断会由此收集到铁的被动发射谱线,因此,本论文通过评估杂质离子的组份建立了一个拟合模型来模拟杂质发射谱,通过谱线拟合和电荷交换分量的仔细识别,提高了离子温度和旋...
【文章页数】：234 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
abstract
第1章 绪论
1.1 能源问题
1.2 什么是核聚变
1.3 磁约束聚变
1.4 EAST以及EAST上的中性束系统简介
1.5 tokamak等离子体的几种运行模式
1.5.1 欧姆加热
1.5.2 低约束模(L-mode)
1.5.3 高约束模(H-mode)以及I-mode
1.5.4 内部输运垒(ITB)
1.6 径向电场以及E×B剪切
1.7 电荷交换复合光谱诊断简介
1.8 第一章小结
本章参考文献
第2章 电荷交换复合光谱诊断及其在EAST上的应用
2.1 电荷交换复合光谱诊断原理及数据处理
2.1.1 电荷交换复合光谱诊断原理
2.1.2 电荷交换碰撞截面
2.1.3 光子发射模型
2.1.4 发射系数
2.1.5 电荷交换观测谱的组成
2.1.5.1 主动电荷交换谱Active charge exchange (ACX)
2.1.5.2 被动电荷交换谱Passive charge exchange (PCX)
2.1.6 通过主动谱给出杂质离子温度和与旋转速度信息
2.1.7 结合BES诊断提供杂质离子密度信息
2.2 EAST上电荷交换复合光谱诊断硬件介绍以及系统标定
2.2.1 收光系统
2.2.1.1 环向系统
2.2.1.2 极向系统
2.2.2 收光系统保护措施
2.2.3 高通光量光谱仪系统
2.2.4 电荷耦合元件Charge coupled Device(CCD)
2.2.5 EAST上电荷交换复合光谱诊断系统的标定
2.2.5.1 空间标定
2.2.5.2 波长标定
2.2.5.3 强度标定
2.3 EAST上影响电荷交换光谱的诊断数据精度的一些干扰效应评估及处理
2.3.1 杂质谱对EAST上边界电荷交换复合光谱诊断的影响处理
2.3.2 韧致辐射背景谱的影响及其在EAST电荷交换复合光谱诊断上的评估
2.3.3 束晕效应及其在EAST电荷交换复合光谱诊断上的评估
2.3.4 羽化粒子效应对EAST上电荷交换复合光谱诊断数据处理的影响
2.3.5 EAST上电荷交换复合光谱诊断上塞曼效应及精细结构效应评估
2.4 第二章小结
本章参考文献
第3章 托卡马克上的输运理论
3.1 粒子径向输运理论
3.2 经典理论以及粒子漂移
3.3 新经典输运理论
3.4 湍流输运理论
3.4.1 等离子体湍流形式
3.4.2 回旋动力学方程组
3.4.3 等离子体湍流通量计算
3.5 湍流抑制
3.5.1 漂移波湍流
3.5.2 湍流抑制
3.5.2.1 磁剪切
3.5.2.2 平衡流剪切
3.5.2.3 带状流
3.5.2.4 沙哈洛夫位移
3.6 第三章小结
本章参考文献
第4章 EAST托卡马克上的L-H转换与径向电场的相关研究
4.1 国外聚变装置上L-H转换下径向电场的实验观察
4.2 基于电荷交换复合光谱诊断分析EAST上边界相关物理
4.2.1 EAST上L模和H模边界离子温度和旋转速度典型剖面
4.2.2 EAST上L-H转换发生前径向电场中各项贡献以及H模阈值和边界环向旋转关系
4.2.3 EAST上通过外部添加扰动情况下的L-H转换物理分析
4.2.3.1 径向磁扰动影响粒子输运
4.2.3.2 SMBI注入触发H-L转换
4.2.3.3 等离子体电流爬升触发L-H转换
4.2.4 边界环向旋转剪切同边界MHD不稳定性之间的关系
4.3 第四章小结
本章参考文献
第5章 EAST托卡马克中具有内部输运垒的稳态运行模式的实验研究
5.1 具有高比压的ITB稳定运行模式放电的优势
5.2 ITB的形成原因概述
5.3 ITB和ETB的联系与区别
5.4 EAST上高比压放电中内部输运垒的特征
5.4.1 内部输运垒的观察
5.4.2 E×B流剪切以及ITG线性增长率
5.4.3 不稳定性数值模拟
5.4.4 低阶有理q以及α-stabilization影响
5.4.5 内部输运垒的崩塌
5.5 内扭曲模下芯部输运垒相关实验研究
5.5.1 n=m=1内扭曲模
5.5.1.1 锯齿振荡(sawtooth osillations)
5.5.1.2 鱼骨模(fishbone)
5.5.2 EAST上内扭曲模下旋转变化的相关研究
5.5.2.1 鱼骨模-→锯齿振荡
5.5.2.2 阿尔芬本征模→鱼骨模→锯齿震荡
5.5.3 内部扭曲模稳定性理论
5.5.4 鱼骨模下输运垒形成理论
5.6 第五章小结
本章参考文献
第6章 总结与展望
6.1 工作总结以及创新性结论
6.2 未来计划以及研究展望
致谢
在读期间发表的学术论文与取得的其他研究成果
本文编号：3823043
【文章页数】：234 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
abstract
第1章 绪论
1.1 能源问题
1.2 什么是核聚变
1.3 磁约束聚变
1.4 EAST以及EAST上的中性束系统简介
1.5 tokamak等离子体的几种运行模式
1.5.1 欧姆加热
1.5.2 低约束模(L-mode)
1.5.3 高约束模(H-mode)以及I-mode
1.5.4 内部输运垒(ITB)
1.6 径向电场以及E×B剪切
1.7 电荷交换复合光谱诊断简介
1.8 第一章小结
本章参考文献
第2章 电荷交换复合光谱诊断及其在EAST上的应用
2.1 电荷交换复合光谱诊断原理及数据处理
2.1.1 电荷交换复合光谱诊断原理
2.1.2 电荷交换碰撞截面
2.1.3 光子发射模型
2.1.4 发射系数
2.1.5 电荷交换观测谱的组成
2.1.5.1 主动电荷交换谱Active charge exchange (ACX)
2.1.5.2 被动电荷交换谱Passive charge exchange (PCX)
2.1.6 通过主动谱给出杂质离子温度和与旋转速度信息
2.1.7 结合BES诊断提供杂质离子密度信息
2.2 EAST上电荷交换复合光谱诊断硬件介绍以及系统标定
2.2.1 收光系统
2.2.1.1 环向系统
2.2.1.2 极向系统
2.2.2 收光系统保护措施
2.2.3 高通光量光谱仪系统
2.2.4 电荷耦合元件Charge coupled Device(CCD)
2.2.5 EAST上电荷交换复合光谱诊断系统的标定
2.2.5.1 空间标定
2.2.5.2 波长标定
2.2.5.3 强度标定
2.3 EAST上影响电荷交换光谱的诊断数据精度的一些干扰效应评估及处理
2.3.1 杂质谱对EAST上边界电荷交换复合光谱诊断的影响处理
2.3.2 韧致辐射背景谱的影响及其在EAST电荷交换复合光谱诊断上的评估
2.3.3 束晕效应及其在EAST电荷交换复合光谱诊断上的评估
2.3.4 羽化粒子效应对EAST上电荷交换复合光谱诊断数据处理的影响
2.3.5 EAST上电荷交换复合光谱诊断上塞曼效应及精细结构效应评估
2.4 第二章小结
本章参考文献
第3章 托卡马克上的输运理论
3.1 粒子径向输运理论
3.2 经典理论以及粒子漂移
3.3 新经典输运理论
3.4 湍流输运理论
3.4.1 等离子体湍流形式
3.4.2 回旋动力学方程组
3.4.3 等离子体湍流通量计算
3.5 湍流抑制
3.5.1 漂移波湍流
3.5.2 湍流抑制
3.5.2.1 磁剪切
3.5.2.2 平衡流剪切
3.5.2.3 带状流
3.5.2.4 沙哈洛夫位移
3.6 第三章小结
本章参考文献
第4章 EAST托卡马克上的L-H转换与径向电场的相关研究
4.1 国外聚变装置上L-H转换下径向电场的实验观察
4.2 基于电荷交换复合光谱诊断分析EAST上边界相关物理
4.2.1 EAST上L模和H模边界离子温度和旋转速度典型剖面
4.2.2 EAST上L-H转换发生前径向电场中各项贡献以及H模阈值和边界环向旋转关系
4.2.3 EAST上通过外部添加扰动情况下的L-H转换物理分析
4.2.3.1 径向磁扰动影响粒子输运
4.2.3.2 SMBI注入触发H-L转换
4.2.3.3 等离子体电流爬升触发L-H转换
4.2.4 边界环向旋转剪切同边界MHD不稳定性之间的关系
4.3 第四章小结
本章参考文献
第5章 EAST托卡马克中具有内部输运垒的稳态运行模式的实验研究
5.1 具有高比压的ITB稳定运行模式放电的优势
5.2 ITB的形成原因概述
5.3 ITB和ETB的联系与区别
5.4 EAST上高比压放电中内部输运垒的特征
5.4.1 内部输运垒的观察
5.4.2 E×B流剪切以及ITG线性增长率
5.4.3 不稳定性数值模拟
5.4.4 低阶有理q以及α-stabilization影响
5.4.5 内部输运垒的崩塌
5.5 内扭曲模下芯部输运垒相关实验研究
5.5.1 n=m=1内扭曲模
5.5.1.1 锯齿振荡(sawtooth osillations)
5.5.1.2 鱼骨模(fishbone)
5.5.2 EAST上内扭曲模下旋转变化的相关研究
5.5.2.1 鱼骨模-→锯齿振荡
5.5.2.2 阿尔芬本征模→鱼骨模→锯齿震荡
5.5.3 内部扭曲模稳定性理论
5.5.4 鱼骨模下输运垒形成理论
5.6 第五章小结
本章参考文献
第6章 总结与展望
6.1 工作总结以及创新性结论
6.2 未来计划以及研究展望
致谢
在读期间发表的学术论文与取得的其他研究成果
本文编号：3823043
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