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

1、科大一環(huán)(KTX)是一個新建的反場箍縮(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子體放電波形進行仿真，以確保電源系統(tǒng)能夠

2、實現(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。該仿真計算為KTX電源建造提供了重要的理論設(shè)計依據(jù)。
　　其次，我們發(fā)展了

3、一個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)計來實現(xiàn)對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證電源系統(tǒng)設(shè)計，同時也為KTX電源系統(tǒng)下一步控制等離子體平衡提供一個靈活可行的設(shè)計方案。這部分主要研究目標是為平衡場電源系統(tǒng)提供一個簡單有效而又經(jīng)濟可行的設(shè)計方案來控制等離子體的平衡。
　　最后，對KTX電阻壁模進行了數(shù)值模擬研究。電阻壁模被認為是導(dǎo)致RFP和

4、Tokamak等離子體破裂的重要原因之一，這部分我們對電阻壁模進行了數(shù)值研究，其工作主要包含了兩部分。
　　(1)NIMROD程序的數(shù)值驗證工作，采用柱位形下tokamak平衡來檢驗電阻壁模計算結(jié)果。同時我們計算了Tokamak環(huán)效應(yīng)對電阻壁模的影響。
　　(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行了數(shù)值計算分析。首次把NIMROD程序成功應(yīng)用在了KTX電阻壁模計算中