CFETR包层对等离子体垂直不稳定性致稳性能的数值模拟研究

发布时间：2022-07-27 21:24

　　中国聚变工程试验堆（China Fusion Engineering Test Reactor,CFETR）的设计目标是实现氘-氚自持聚变反应,并且聚变功率超过1 GW,因此,其设计采用大拉长比的等离子体位形以实现高的运行参数,使用包层来实现氚增殖、能量交换等功能。拉长位形必然会带来等离子体在垂直方向上的不稳定性,而包层结构在真空室内部占据大量空间,增大了控制线圈与等离子体之间的距离,从而降低了控制线圈对等离子体垂直不稳定性的控制性能,因此,需要分析包层结构对等离子体控制性能的影响。本文基于TokSys的刚性线性模型,分析了 CFETR包层对等离子体垂直不稳定性致稳性能的影响。在对击穿的分析中,首先以高场侧、真空室中心和低场侧三个位置为击穿中心,进行了零场优化,优化结果表明,在线圈单匝电流限值为55 kA的情况下,优化的零场（极向场小于20 Gs）区域半径大约为2 m,CFETR极向场线圈能够提供的单向伏秒数为231 Vs（对应整个放电过程,伏秒数约为462 Vs）。以零场优化作为初始条件,在线圈电流变化率限值为20kA/s、电源电压限值为10 kV、包层电阻率为1Ores（10倍基于... 

【文章页数】：122 页

【学位级别】：博士

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摘要
ABSTRACT
第一章 引言
    1.1 能源问题与可控核聚变
    1.2 托卡马克及其等离子体控制
        1.2.1 托卡马克中的击穿
        1.2.2 等离子体垂直不稳定性及其控制
    1.3 中国聚变工程试验堆
        1.3.1 中国聚变工程试验堆简介
        1.3.2 中国聚变工程试验堆等离子体垂直不稳定性控制
    1.4 课题研究的意义
    1.5 论文结构
第二章 刚性线性模型
    2.1 托卡马克等离子体控制模型简介
    2.2 TokSys及其线性模型
        2.2.1 模型的状态-空间方程
        2.2.2 模型的输出方程
        2.2.3 被动导体感应电流的本征模描述
    2.3 中国聚变工程试验堆导体结构的TokSys模型
        2.3.1 中国聚变工程试验堆导体模型
        2.3.2 中国聚变工程试验堆被动导体的本征模分析
    2.4 使用ANSYS Maxwell对TokSys真空模型的验证
第三章 击穿模拟
    3.1 击穿条件
    3.2 零场优化
    3.3 不同击穿位置的伏秒数消耗
    3.4 包层不同等效电阻率对击穿的影响
    3.5 本章小结
第四章 包层不同等效电阻率对垂直不稳定性被动致稳性能的影响
    4.1 包层等效电阻率分布以及平衡的选择
    4.2 稳定性参数
    4.3 稳定裕度
    4.4 等离子体垂直位移增长率
    4.5 本章小结
第五章 反馈控制性能分析
    5.1 反馈性能参数
    5.2 最大可控位移
        5.2.1 基于TokSys模型的最大可控位移
        5.2.2 最大可控位移两种计算方法的对比
    5.3 真空室内部快控线圈的位置优化
        5.3.1 快控线圈的位置优化
        5.3.2 优化结果的验证
    5.4 本章小结
第六章 总结与展望
    6.1 总结
    6.2 展望
参考文献
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：3666199