KTX反場箍縮裝置中的電源設(shè)計(jì)和電阻壁模數(shù)值計(jì)算研究.pdf

1、科大一環(huán)(KTX)是一個(gè)新建的反場箍縮(RFP)裝置，其大半徑R=1.4米，小半徑a=0.4米。在2015年8月在KTX上首次成功獲得等離子體。本論文工作圍繞KTX參數(shù)位形展開環(huán)形磁約束聚變裝置電源系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和電阻壁模的數(shù)值研究。其主要目的是為預(yù)測放電波形，提供電源反饋控制系統(tǒng)方案，進(jìn)而控制等離子體平衡和電阻壁模奠定物理理論基礎(chǔ)。
　　首先，我們編寫了KTX極向場和縱場耦合的電路模型程序?qū)﹄x子體放電波形進(jìn)行仿真，以確保電源系統(tǒng)能夠

2、實(shí)現(xiàn)典型的反場箍縮等離子體放電參數(shù)。耦合模型中，采用泰勒態(tài)的修正的貝塞爾函數(shù)模型來描述沿徑向的等離子體電流密度和磁場剖面，然后通過功率平衡方程把極向場和縱場統(tǒng)一到一起。耦合模型的數(shù)值解表明KTX電源系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)預(yù)期的放電參數(shù)要求，比如反場參數(shù)F，箍縮參數(shù)Θ，磁場分布，等離子體電流和環(huán)電壓等。此外，由于真空室電阻壁對(duì)磁場滲透的延遲效果也在耦合電路模型中被考慮。該仿真計(jì)算為KTX電源建造提供了重要的理論設(shè)計(jì)依據(jù)。
　　其次，我們發(fā)展了

3、一個(gè)包含平衡場電源反饋控制系統(tǒng)的電路模型程序，其中平衡場電源系統(tǒng)采用脈沖調(diào)制控制器的H-橋設(shè)計(jì)來實(shí)現(xiàn)對(duì)等離子體水平位移的控制以滿足KTX等離子體平衡要求。發(fā)展此程序的目的是驗(yàn)證電源系統(tǒng)設(shè)計(jì)，同時(shí)也為KTX電源系統(tǒng)下一步控制等離子體平衡提供一個(gè)靈活可行的設(shè)計(jì)方案。這部分主要研究目標(biāo)是為平衡場電源系統(tǒng)提供一個(gè)簡單有效而又經(jīng)濟(jì)可行的設(shè)計(jì)方案來控制等離子體的平衡。
　　最后，對(duì)KTX電阻壁模進(jìn)行了數(shù)值模擬研究。電阻壁模被認(rèn)為是導(dǎo)致RFP和

4、Tokamak等離子體破裂的重要原因之一，這部分我們對(duì)電阻壁模進(jìn)行了數(shù)值研究，其工作主要包含了兩部分。
　　(1)NIMROD程序的數(shù)值驗(yàn)證工作，采用柱位形下tokamak平衡來檢驗(yàn)電阻壁模計(jì)算結(jié)果。同時(shí)我們計(jì)算了Tokamak環(huán)效應(yīng)對(duì)電阻壁模的影響。
　　(2)KTX反場箍縮等離子體平衡位形下，我們從能量原理出發(fā)推導(dǎo)了基于薄殼近似下電阻壁模色散公式并進(jìn)行了數(shù)值計(jì)算分析。首次把NIMROD程序成功應(yīng)用在了KTX電阻壁模計(jì)算中