佳拉洁雅装置磁热耦合场下等离子体磁约束研究

【摘要】：在热核聚变实验的研究进程中，利用磁场实现对等离子体约束是一个重要的问题，本文所研究的由俄罗斯专家A.I.Morozov提出佳拉洁雅型磁约束装置中，磁场主要是由浸没在等离子体空间中载流导体产生，因此，能够在很大程度上改善约束磁场的几何位形，提高等离子体的约束参数。对于佳拉洁雅装置，国内尚未有相关的研究，本文从等离子体磁约束满足的磁场位形为出发点，对装置的磁阱位形进行了分析，通过磁流体模型对等离子体约束的平衡进行研究，讨论粒子的扩散情况，针对装置提出优化方案和相配套的等离子体参数测量方案，这对佳拉洁雅装置的引入和改进具有重要意义，同时也为国内等离子体的磁约束研究开展新的方向。 本文首先对装置的构造组成进行了介绍，对各组成部分的运行原理进行分析，提出等离子体研究的经典条件和简化的理想条件； 其次，对等离子体约束的磁场位形进行讨论，分析了磁镜磁场对等离子体的约束原理，对无等离子体填充的磁阱磁场位形进行仿真分析，并对单粒子在磁阱中的约束进行了研究，以等离子体磁流体模型对等阻性等离子体和热扩散下的等离子体进行建模，分析了等离子体的宏观约束行为以及热效应对等离子体的约束和扩散的重要影响； 然后，结合磁流体模型下等离子体的分布形态，讨论等离子体平行和垂直于磁场方向的运动，考虑等离子体运动扩散形式，通过提高障壁磁场强度和加入垂直磁场对等离子体的磁约束进行优化和分析其影响，提出佳拉洁雅装置引入和改进的方案； 最后，根据需要测量的等离子体参数种类，选取相应的测量工具，以前面理论研究成果为基础，结合佳拉洁雅装置的构造和等离子体的分布形态对测量工具进行合理的布置，对等离子体参数测量方案进行初步设计。