托卡马克中快离子产生的自举电流

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对先进托卡马克理论和实验研究是当前受控核聚变研究的中心问题。开展快快离子自举电流的研究对实现将来聚变堆稳态运行和等离子体高性能运行具有重要的研究意义。本文对各向同性源产生的快α粒子自举电流和各向异性源(中性束注入加热等离子体)产生的快离子自举电流的大小和密度分布及其影响因素进行了研究和计算,并得到了如下若干重要结论。  对聚变产生的快α粒子自举电流进行了研究,研究中采用了简便的Pade近似形式,同时考虑了回旋角散射效应和慢化过程中牵引作用的影响,给出了α粒子自举电流计算的理论表达式。采用ITER装置参数进行了数值计算,得到了α粒子自举电流的密度分布和大小,研究了影响自举电流大小的物理因素。研究表明α粒子自举电流随中心等离子体温度、密度和α粒子初始能量的增大而增大。结果表明α粒子自举电流较小。  对中性束在注入托卡马克装置中时产生的快离子自举电流进行了研究,研究中利用快离子分布函数在两小增量δ=ρp/a(ρp是极向拉莫尔半径,a是小半径)和δ*=τB/τS(τB是俘获粒子反弹周期,τs是慢化时间)下进行展开的方法求解漂移动力学方程;给出了快离子自举电流的一般表达式。计算了环截面大纵横比托卡马克中快离子自举电流密度分布和总的快离子自举电流的大小,研究表明在中性束垂直注入时快离子自举电流约占总电流的10%,自举电流的大小既敏感的依赖于中性束注入的角度,平行注入时较小,接近垂直时迅速增大;同时也较强的依赖于快离子的产生速度与临界速度的比值,即vb/vc,而vb2∝E(束能量),自举电流的大小随注入束能量的增加而迅速增大。
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