緊湊型聚變裝置的粒子約束性能研究.pdf

1、該論文主要是基于粒子模擬對新型緊湊型聚變裝置(Compact Fusion Reactor, CFR)約束性能進(jìn)行了研究，緊湊型聚變裝置是由洛克馬丁公司提出的具有會切磁鏡混雜磁場位型的新型裝置。
　　我們首先建立了緊湊型聚變裝置以及級聯(lián)磁鏡裝置的背景磁場模型，觀察到與級聯(lián)磁鏡不同的地方在緊湊型聚變裝置的芯部產(chǎn)生了磁勢阱的結(jié)構(gòu)。通過對其內(nèi)部單個粒子的運(yùn)動觀察可知由于零磁場空間存在，將緊湊型聚變裝置的磁場分為絕熱區(qū)與非絕熱區(qū)，在非絕色

2、區(qū)域內(nèi)粒子進(jìn)行隨機(jī)散射，與絕熱區(qū)粒子沿磁力線運(yùn)動不同，由于非絕熱區(qū)的存在減少了進(jìn)入損失錐的粒子與第一壁碰撞損失的可能性?？紤]到中性束粒子注入裝置中心即磁阱內(nèi)部，運(yùn)用單粒子模型從芯部引入大量帶電粒子進(jìn)行計算，一段時間后將其粒子損失率與同尺寸級聯(lián)磁鏡的損失率進(jìn)行了對比，發(fā)現(xiàn)緊湊型聚變裝置的損失率低于級聯(lián)磁鏡的損失率，其混合位型綜合利用了會切位型和磁鏡位型的優(yōu)勢，得到了比級聯(lián)磁鏡更好的約束性能。因此，緊湊型聚變裝置的會切磁鏡混合位形設(shè)計可為聚

3、變裝置的改進(jìn)提供思路。
　　同時，在單粒子模型推動粒子階段，我們運(yùn)用了三種算法，即具有蛙跳格式的時間中心差分法、四階龍格庫塔算法(fourth-order Runge-Kutta Algorithm)以及Boris算法，經(jīng)過計算模擬發(fā)現(xiàn)龍格庫塔四階算法在長時間計算下能量會發(fā)生衰減，時間越長失真越嚴(yán)重，尤其是在CFR這類磁場梯度變化大的能量耗散比均勻磁場中更加嚴(yán)重，然而僅具有二階精度的中心差分法與Boris算法在長時間計算中能量的誤