J-TEXT托卡馬克外加共振擾動場對撕裂模影響的研究.pdf

1、撕裂模是托卡馬克等離子體中普遍存在的一種不穩(wěn)定性,其直接表現(xiàn)是在有理磁面形成磁島。撕裂模磁島的存在將增強等離子體在有理面附近的徑向輸運,導致約束性能變差。此外,托卡馬克中普遍存在誤差磁場,其與磁島相互作用可能產(chǎn)生誤差場鎖模,引起等離子體大破裂。因此,撕裂?？刂剖峭锌R克運行中十分關(guān)鍵的問題。外加擾動磁場可與撕裂模發(fā)生共振作用,該作用是直接的電磁作用過程,反應速度快,很有希望用在撕裂模的反饋控制上。研究外加擾動磁場對撕裂模的影響是抑制磁島

2、寬度或驅(qū)動磁島轉(zhuǎn)動的前提基礎(chǔ)。
　　本文根據(jù)物理實驗需求,基于單個鞍形線圈的磁場特征和傅里葉分解的性質(zhì),直接從頻域出發(fā),設(shè)計了J-TEXT動態(tài)擾動場線圈(DRMP),產(chǎn)生的磁場模式單純且可轉(zhuǎn)動,非常適合于擾動場直接影響撕裂模的研究。論文將線圈設(shè)計成多層結(jié)構(gòu),同時線圈外殼不形成回路且與真空室絕緣,很好地解決了真空室內(nèi)部線圈設(shè)計中的真空、絕緣、散熱、強電磁應力和交流激勵下的渦流屏蔽等難點問題。DRMP線圈可分別產(chǎn)生模式較純的2/1和1

3、/1擾動磁場,直流工作模式下在等離子體邊界產(chǎn)生的最大2/1擾動磁場可達到2.54Gs/kA,交流工作模式下可產(chǎn)生轉(zhuǎn)動的擾動磁場,轉(zhuǎn)動頻率可達10kHz。在考慮真空室的衰減情況下,線圈在等離子體邊界能產(chǎn)生約0.5Gs/kA的2/1轉(zhuǎn)動擾動磁場。
　　本文利用所設(shè)計的擾動場線圈,在J-TEXT上開展了一系列物理實驗研究,觀察到了外加共振擾動場鎖模、抑制撕裂模、抑制后鎖模和模穿透等現(xiàn)象。研究獲得了鎖模和抑制的頻率響應區(qū)間,低頻的撕裂模容

4、易被擾動場鎖模,而高頻撕裂模容易被抑制。本文還通過掃描SRMP的2/1擾動磁場的空間相位,測量得到了J-TEXT裝置誤差場的2/1分量。利用Fitzpatrick的模型進行數(shù)值計算,很好地解釋了這些現(xiàn)象,同時這些現(xiàn)象與磁流體數(shù)值模擬結(jié)果吻合很好,增進了我們對外加擾動場影響撕裂模作用機理的理解。更重要的是,本文利用轉(zhuǎn)動擾動場鎖模磁島,使磁島與擾動場同步轉(zhuǎn)動,實現(xiàn)了磁島的驅(qū)動,同時利用解析理論對現(xiàn)象進行了解釋,并與電機模型作了對照。擾動場作