基本信息
- 项目名称：
- TEXTOR托卡马克上等离子体破裂时磁涨落水平的研究
- 来源：
- 第十一届“挑战杯”国赛作品
- 小类：
- 数理
- 大类：
- 自然科学类学术论文
- 简介：
- 本文利用逃逸电子的输运分析了TEXTOR托卡马克上等离子体大破裂下的磁涨落水平。TEXTOR托卡马克采用包含逃逸产生以及损失的零维模型模拟了等离子体大破裂下的电流演化。根据模拟参数－逃逸电子的损失速率，我们得到了TEXTOR托卡马克上的磁涨落水平。该磁涨落水平大约在10^-5量级，磁涨落强度随注入等离子体中气体数量的增加而增强。
- 详细介绍：
- 等离子体中电子的反常热输运是当今热核聚变研究的一个重要课题。理论研究表明该反常输运主要是由于等离子体中电场以及磁场涨落所引起。很弱磁涨落（10^-5）就可以导致强的电子热输运，如此小的磁涨落是很难直接测量的。电子受静电涨落的输运与其速度成反比，而受磁涨落的输运与速度成正比。由于逃逸电子具有很高的速度，它受静电涨落以及碰撞的输运可以忽略，主要由磁涨落决定，从而逃逸电子的输运行为为研究等离子体中的磁涨落提供了工具。通常情况下，等离子体的磁涨落水平只有10^-6－10^-3，很难直接测量。本文利用逃逸电子作为试探粒子，基于逃逸电子的输运行为得到了等离子体芯部的磁涨落水平，为进一步深入研究反常输运提供了基础。研究发现TEXTOR托卡马克上等离子体破裂时的磁涨落水平约为（2－8）×10^－5，等离子体破裂时磁涨落强度随注入原子数目的增加而增加。 该研究解决了无法直接利用磁探针测量等离子体芯部磁涨落水平的难题，为深入分析磁涨落、研究等离子体中的反常输运提供了新的思路。研究论文已经被英国SCI收录刊物《Journal of Plasma Physics》录用，目前正在出版中。
作品图片
作品专业信息
撰写目的和基本思路
- 撰写目的：为利用逃逸电子的输运研究等离子体破裂时的磁涨落水平提供一个新的思路和方法。 基本思路：由于逃逸电子具有相当高的运动速度，它由静电涨落引起的输运可忽略不计，从而它的输运主要由磁涨落决定；由于逃逸电子的数目比较小，因此逃逸电子可看作研究等离子体输运的试探粒子；逃逸电子一般沿着磁力线运动，因此通过测量逃逸电子的扩散系数可以研究磁力线的随机性强度以及等离子体芯部的磁涨落水平。
科学性、先进性及独特之处
- 本作品巧妙地利用逃逸电子的输运行为首次研究了TEXTOR等离子体破裂时的磁场涨落水平，分析得到其磁涨落大约在10^-5量级，与理论结果一致。该实验方案解决了无法直接利用磁探针测量等离子体芯部磁涨落水平的难题，为深入分析磁涨落、研究等离子体中的输运提供了新的思路。
应用价值和现实意义
- 核聚变等离子体中的反常输运是困惑受控聚变等离子体实现商业反应堆的一大难题，本文利用高能电子的输运研究了等离子体芯部的磁涨落，为进一步深入研究反常输运提供了基础。该实验方案解决了无法直接利用磁探针测量等离子体芯部磁涨落水平的难题，为深入分析磁涨落、研究等离子体中的反常输运提供了新的思路。
学术论文摘要
- 本文利用逃逸电子的输运分析了TEXTOR托卡马克上等离子体大破裂下的磁涨落水平。TEXTOR托卡马克采用包含逃逸产生以及损失的零维模型模拟了等离子体大破裂下的电流演化。根据模拟参数－逃逸电子的损失速率，我们得到了TEXTOR托卡马克上的磁涨落水平。该磁涨落水平大约在10^-5量级，磁涨落强度随注入等离子体中气体数量的增加而增强。
获奖情况
- 研究论文已经被英国SCI收录刊物《Journal of Plasma Physics》录用（录用日期为2009年6月5日），目前正在出版中。 该作品于2009年荣获该省第五届高校青年学术科技作品竞赛一等奖，以及2008年度所在学校第十六届学生课外学术科技作品竞赛特等奖。
鉴定结果
- 研究论文已经被《Journal of Plasma Physics》录用。该研究首次利用逃逸电子输运分析了等离子体破裂时芯部的磁涨落水平，解决了无法直接利用磁探针测量等离子体芯部磁涨落水平的难题。
参考文献
- [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.
同类课题研究水平概述
- 由于等离子体中的磁涨落强度较低，一般仅10^-5量级，很难直接测量。目前世界上各个装置主要利用磁探针测量了等离子体边缘的磁涨落水平，由于磁探针无法深入到等离子体芯部，因此等离子体芯部的磁涨落水平研究甚少。 尽管法国的Tore Supra托卡马克等离子体实验装置采用散射诊断测量了平稳放电等离子体芯部的磁涨落，但是由于该技术复杂，成本也较高，因此没有广泛应用。另外，散射诊断只可以测量平稳放电中等离子体芯部的磁涨落，对于等离子体破裂中的磁涨落它无法测量，目前也没见到相关的报道。 核工业部西南物理研究院的HL-2A托卡马克初步研究了稳态等离子体放电下的磁涨落水平，但是实验误差大，实验测量结果比理论预言高一个量级。 德国的TEXTOR托卡马克目前已经进行了广泛的逃逸电子动力学研究，同时也研究了稳态等离子体中的磁涨落强度，但是对于破裂等离子体中的磁涨落还未曾研究，本文利用大量充气实验中产生破裂等离子体，同时根据逃逸电子的输运研究了破裂等离子体中的磁涨落。
