J-TEXT托卡馬克外加共振擾動(dòng)場對(duì)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(qiáng)等離子體在有理面附近的徑向輸運(yùn),導(dǎo)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(yùn)行中十分關(guān)鍵的問題。外加擾動(dòng)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(yīng)速度快,很有希望用在撕裂模的反饋控制上。研究外加擾動(dòng)磁場對(duì)撕裂模的影響是抑制磁島

2、寬度或驅(qū)動(dòng)磁島轉(zhuǎn)動(dòng)的前提基礎(chǔ)。
　　本文根據(jù)物理實(shí)驗(yàn)需求,基于單個(gè)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(jì)了J-TEXT動(dòng)態(tài)擾動(dòng)場線圈(DRMP),產(chǎn)生的磁場模式單純且可轉(zhuǎn)動(dòng),非常適合于擾動(dòng)場直接影響撕裂模的研究。論文將線圈設(shè)計(jì)成多層結(jié)構(gòu),同時(shí)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(jì)中的真空、絕緣、散熱、強(qiáng)電磁應(yīng)力和交流激勵(lì)下的渦流屏蔽等難點(diǎn)問題。DRMP線圈可分別產(chǎn)生模式較純的2/1和1

3、/1擾動(dòng)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(dòng)磁場可達(dá)到2.54Gs/kA,交流工作模式下可產(chǎn)生轉(zhuǎn)動(dòng)的擾動(dòng)磁場,轉(zhuǎn)動(dòng)頻率可達(dá)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(dòng)擾動(dòng)磁場。
　　本文利用所設(shè)計(jì)的擾動(dòng)場線圈,在J-TEXT上開展了一系列物理實(shí)驗(yàn)研究,觀察到了外加共振擾動(dòng)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(yīng)區(qū)間,低頻的撕裂模容

4、易被擾動(dòng)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(dòng)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(jìn)行數(shù)值計(jì)算,很好地解釋了這些現(xiàn)象,同時(shí)這些現(xiàn)象與磁流體數(shù)值模擬結(jié)果吻合很好,增進(jìn)了我們對(duì)外加擾動(dòng)場影響撕裂模作用機(jī)理的理解。更重要的是,本文利用轉(zhuǎn)動(dòng)擾動(dòng)場鎖模磁島,使磁島與擾動(dòng)場同步轉(zhuǎn)動(dòng),實(shí)現(xiàn)了磁島的驅(qū)動(dòng),同時(shí)利用解析理論對(duì)現(xiàn)象進(jìn)行了解釋,并與電機(jī)模型作了對(duì)照。擾動(dòng)場作