《球形閃電形成機理及其在核聚變領域套用可行性的研究》是依託核工業西南物理研究院，由李自成擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：球形閃電形成機理及其在核聚變領域套用可行性的研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：李自成
- 依託單位：核工業西南物理研究院
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
磁約束熱核聚變被看成是開發聚變能源中最有希望的途徑，但磁約束又是實現聚變的難點。美國Lawrence Livermore實驗室採用SSPX維持型球馬克，模擬自然界方式在無外加磁場或者加弱磁場約束情況下實現聚變。在自然界中典型的穩定等離子結構中有球形閃電可以在實驗室實現。我們將對球形閃電等離子位形結構採用多變數耦合運算，對流場進行了大渦模擬，得到球形閃電實現條件。並通過實驗對近軸，過渡區旋流切向速度分量和軸向速度分量進行測量，得到電弧電漿流體流場的分布、軸向截面上旋流的兩個速度分量徑向分布，並分析如何提高旋流強度。同時分析用同軸螺旋性注入維持的球馬克在電流與磁場之比的分布和安全因子分布。對注入器中的Taylor弛緣分布進行理想MHD模擬，得出約束區域的安全因子分布，分析如何借鑑球形閃電的電漿分布、通過明顯不同於Taylor態的電流分布或其它效應如電漿流來改善磁剪下。
結題摘要
磁約束熱核聚變被看成是開發聚變能源中最有希望的途徑，但磁約束又是實現聚變的難點。而旋轉馬克和球馬克模擬自然界方式在無外加磁場或者加弱磁場約束情況下實現聚變，MHD平衡主要依靠自感應電流。在自然界中典型的穩定等離子結構中有球形閃電。通過對球形閃電等離子位形結構採用多變數耦合運算，對流場進行了大渦模擬，得到了球形閃電實現條件。並通過實驗驗證在實驗室獲得了球形閃電。這次實驗的意義在於，證實了在放電結束之後球形電漿能持續存在，並且首次發現從一個球形電漿分離出了兩個球形等離子，而其中一個完全獨立於電極而存在。同時還通過粒子算法對雷電放電過程進行了模擬，通過變數耦合計算得到了整個過程中電子濃度、正離子濃度、電子熱能的空間分布，分析了空間電荷作用下電場的畸變。另外還分析了自約束球形等離子的穩定性，通過分析得出自約束球形電漿內的平衡壓力分布量小於球外的環境壓力，壓力梯度指向球外，同時電漿球在自平衡時在磁軸和邊界上的安全因子小於1，從理論上證實了球形電漿自約束的平衡態基本上是關於局域模擾動穩定的。參考Rotamak和球馬克，並根據本次實驗產生球形電漿的方法和球形電漿的穩定特性提出了一種新的緊湊型聚變反應裝置，克服了傳統托卡馬克裝置約束效率不高、體積大和不能穩態運行的缺點。
