偏濾器靶板電漿鞘層和預鞘層特性的研究

《偏濾器靶板電漿鞘層和預鞘層特性的研究》是依託大連理工大學,由劉金遠擔任醒目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：偏濾器靶板電漿鞘層和預鞘層特性的研究
• 依託單位：大連理工大學
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：劉金遠

項目摘要

托克馬克邊界電漿區的性質將直接影響主約束電漿的聚變性能及與第一壁材料相互作用性質。而偏濾器是當今先進托克馬克裝置普遍採用的控制邊界區電漿輸運特性的主要形式。所以研究偏濾器靶板與電漿交界的電漿鞘層的特性對於了解邊界電漿的輸運特性及與靶板的相互作用具有重要的意義。 本項目首先研究吸收壁邊界區電漿非對稱速度分布函式的形式，建立邊界區的磁流體方程；然後數值模擬所建立的邊界磁流體方程，研究偏濾器靶板表面電漿鞘層和預鞘層特性，包括研究磁場，中性雜質原子，主電漿區、壁麵條件等對鞘層和預鞘層性質的影響；最後採用粒子模擬的方法研究偏濾器靶板鞘層的性質，對流體數值模擬結果進行比較和補充。 通過本項目的研究，為進一步準確探索邊界電漿的輸運特性及對壁面和對芯部電漿的影響機理提供條件。

結題摘要

托卡馬克（Tokamak）邊界電漿區的性質將直接影響主約束電漿的聚變性能及與第一壁材料相互作用性質。而偏濾器是當今先進Tokamak裝置普遍採用的控制邊界區電漿輸運特性的主要形式。研究偏濾器靶板與電漿交界的電漿鞘層的特性對於了解邊界電漿的輸運特性及與靶板的相互作用具有重要的意義。 本項目依照計畫，首先完成考慮電漿邊界處的非對稱效應邊界電漿的方程的建立，修正了原本的磁流體方程。數值結果與通常採用的流體模型的結果比較，確定通常採用的流體模型的近似程度；以國內外現有的Tokamak裝置參數為依據，建立了較準確的偏濾器靶板鞘層的流體模型，在不同磁場分布和不同電漿密度、溫度、粒子流、能流以及中性雜質原子的原子分子過程；以及分析了不同壁麵條件下，數值模擬鞘層電漿的輸運特性，弄清了鞘層和與鞘層中電漿的輸運機制和電漿對壁面的粒子通量和能量通量；並且採用粒子模擬方法研究Tokamak邊界電漿鞘層和預鞘層的特性，建立偏濾器靶板表面電漿鞘層粒子模擬程式。在本項目資助下還開展了對鋰在Tokamak裝置中套用的模擬研究。通過邊界電漿模擬程式SOLPS，模擬了Tokamak鋰化第一壁邊界電漿特性並對比了非鋰化的模擬結果；模擬上偏濾器及其他位置各注入量的鋰粉對刮削層電漿輸運特性的影響；模擬給出雜質鋰彈丸在中平面入射的邊界電漿含時衍化的特性及雜質的輸運並且與實驗結果進行了對比。 本項目培養了眾多的優秀人才。依託本課題共畢業博士生4名，其中1人於美國普林斯頓大學完成博士後研究工作之後留在本課題組作為講師繼續從事課題研究，目前已晉升副教授職稱；其餘3人分別在哈爾濱工業大學、大連海事大學、瀋陽航空航天大學從事教學和科研工作。畢業碩士生3名，分別從事教學和科研工作及在企業和事業單位工作。