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基本信息
- 項(xiàng)目名稱：
- TEXTOR托卡馬克上等離子體破裂時(shí)磁漲落水平的研究
- 小類：
- 數(shù)理
- 簡介：
- 本文利用逃逸電子的輸運(yùn)分析了TEXTOR托卡馬克上等離子體大破裂下的磁漲落水平。TEXTOR托卡馬克采用包含逃逸產(chǎn)生以及損失的零維模型模擬了等離子體大破裂下的電流演化。根據(jù)模擬參數(shù)－逃逸電子的損失速率，我們得到了TEXTOR托卡馬克上的磁漲落水平。該磁漲落水平大約在10^-5量級，磁漲落強(qiáng)度隨注入等離子體中氣體數(shù)量的增加而增強(qiáng)。
- 詳細(xì)介紹：
- 等離子體中電子的反常熱輸運(yùn)是當(dāng)今熱核聚變研究的一個(gè)重要課題。理論研究表明該反常輸運(yùn)主要是由于等離子體中電場以及磁場漲落所引起。很弱磁漲落（10^-5）就可以導(dǎo)致強(qiáng)的電子熱輸運(yùn)，如此小的磁漲落是很難直接測量的。電子受靜電漲落的輸運(yùn)與其速度成反比，而受磁漲落的輸運(yùn)與速度成正比。由于逃逸電子具有很高的速度，它受靜電漲落以及碰撞的輸運(yùn)可以忽略，主要由磁漲落決定，從而逃逸電子的輸運(yùn)行為為研究等離子體中的磁漲落提供了工具。通常情況下，等離子體的磁漲落水平只有10^-6－10^-3，很難直接測量。本文利用逃逸電子作為試探粒子，基于逃逸電子的輸運(yùn)行為得到了等離子體芯部的磁漲落水平，為進(jìn)一步深入研究反常輸運(yùn)提供了基礎(chǔ)。研究發(fā)現(xiàn)TEXTOR托卡馬克上等離子體破裂時(shí)的磁漲落水平約為（2－8）×10^－5，等離子體破裂時(shí)磁漲落強(qiáng)度隨注入原子數(shù)目的增加而增加。 該研究解決了無法直接利用磁探針測量等離子體芯部磁漲落水平的難題，為深入分析磁漲落、研究等離子體中的反常輸運(yùn)提供了新的思路。研究論文已經(jīng)被英國SCI收錄刊物《Journal of Plasma Physics》錄用，目前正在出版中。
作品圖片
作品專業(yè)信息
撰寫目的和基本思路
- 撰寫目的：為利用逃逸電子的輸運(yùn)研究等離子體破裂時(shí)的磁漲落水平提供一個(gè)新的思路和方法。 基本思路：由于逃逸電子具有相當(dāng)高的運(yùn)動(dòng)速度，它由靜電漲落引起的輸運(yùn)可忽略不計(jì)，從而它的輸運(yùn)主要由磁漲落決定；由于逃逸電子的數(shù)目比較小，因此逃逸電子可看作研究等離子體輸運(yùn)的試探粒子；逃逸電子一般沿著磁力線運(yùn)動(dòng)，因此通過測量逃逸電子的擴(kuò)散系數(shù)可以研究磁力線的隨機(jī)性強(qiáng)度以及等離子體芯部的磁漲落水平。
科學(xué)性、先進(jìn)性及獨(dú)特之處
- 本作品巧妙地利用逃逸電子的輸運(yùn)行為首次研究了TEXTOR等離子體破裂時(shí)的磁場漲落水平，分析得到其磁漲落大約在10^-5量級，與理論結(jié)果一致。該實(shí)驗(yàn)方案解決了無法直接利用磁探針測量等離子體芯部磁漲落水平的難題，為深入分析磁漲落、研究等離子體中的輸運(yùn)提供了新的思路。
應(yīng)用價(jià)值和現(xiàn)實(shí)意義
- 核聚變等離子體中的反常輸運(yùn)是困惑受控聚變等離子體實(shí)現(xiàn)商業(yè)反應(yīng)堆的一大難題，本文利用高能電子的輸運(yùn)研究了等離子體芯部的磁漲落，為進(jìn)一步深入研究反常輸運(yùn)提供了基礎(chǔ)。該實(shí)驗(yàn)方案解決了無法直接利用磁探針測量等離子體芯部磁漲落水平的難題，為深入分析磁漲落、研究等離子體中的反常輸運(yùn)提供了新的思路。
學(xué)術(shù)論文摘要
- 本文利用逃逸電子的輸運(yùn)分析了TEXTOR托卡馬克上等離子體大破裂下的磁漲落水平。TEXTOR托卡馬克采用包含逃逸產(chǎn)生以及損失的零維模型模擬了等離子體大破裂下的電流演化。根據(jù)模擬參數(shù)－逃逸電子的損失速率，我們得到了TEXTOR托卡馬克上的磁漲落水平。該磁漲落水平大約在10^-5量級，磁漲落強(qiáng)度隨注入等離子體中氣體數(shù)量的增加而增強(qiáng)。
獲獎(jiǎng)情況
- 研究論文已經(jīng)被英國SCI收錄刊物《Journal of Plasma Physics》錄用（錄用日期為2009年6月5日），目前正在出版中。 該作品于2009年榮獲該省第五屆高校青年學(xué)術(shù)科技作品競賽一等獎(jiǎng)，以及2008年度所在學(xué)校第十六屆學(xué)生課外學(xué)術(shù)科技作品競賽特等獎(jiǎng)。
鑒定結(jié)果
- 研究論文已經(jīng)被《Journal of Plasma Physics》錄用。該研究首次利用逃逸電子輸運(yùn)分析了等離子體破裂時(shí)芯部的磁漲落水平，解決了無法直接利用磁探針測量等離子體芯部磁漲落水平的難題。
參考文獻(xiàn)
- [1] Bozhenkov S A, et al., 2008 Plasma Phys. Control. Fusion 50 105007. [2] Entrop I, et al., 2000 Phys. Rev. Lett. 84 3606. [3] Martín-Solís J R , et al., 1999 Phys. Plasma 6 3925. [4] Martín-Solís J R , et al., 2000 Phys. Plasma 7 3369. [5] Wootton A J, et al., 1990 Phys. Fluids B 2 2879. [6] Bengtson Roger D, et al., 1992 Rev. Sci. Instrum. 63 4595. [7] Colsa L, et al., 1998 Nucl. Fusion 38 903.
同類課題研究水平概述
- 由于等離子體中的磁漲落強(qiáng)度較低，一般僅10^-5量級，很難直接測量。目前世界上各個(gè)裝置主要利用磁探針測量了等離子體邊緣的磁漲落水平，由于磁探針無法深入到等離子體芯部，因此等離子體芯部的磁漲落水平研究甚少。 盡管法國的Tore Supra托卡馬克等離子體實(shí)驗(yàn)裝置采用散射診斷測量了平穩(wěn)放電等離子體芯部的磁漲落，但是由于該技術(shù)復(fù)雜，成本也較高，因此沒有廣泛應(yīng)用。另外，散射診斷只可以測量平穩(wěn)放電中等離子體芯部的磁漲落，對于等離子體破裂中的磁漲落它無法測量，目前也沒見到相關(guān)的報(bào)道。 核工業(yè)部西南物理研究院的HL-2A托卡馬克初步研究了穩(wěn)態(tài)等離子體放電下的磁漲落水平，但是實(shí)驗(yàn)誤差大，實(shí)驗(yàn)測量結(jié)果比理論預(yù)言高一個(gè)量級。 德國的TEXTOR托卡馬克目前已經(jīng)進(jìn)行了廣泛的逃逸電子動(dòng)力學(xué)研究，同時(shí)也研究了穩(wěn)態(tài)等離子體中的磁漲落強(qiáng)度，但是對于破裂等離子體中的磁漲落還未曾研究，本文利用大量充氣實(shí)驗(yàn)中產(chǎn)生破裂等離子體，同時(shí)根據(jù)逃逸電子的輸運(yùn)研究了破裂等離子體中的磁漲落。
