偏滤器靶板附近等离子体鞘层特性的模拟研究

来源 :大连理工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:chlo16105
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在聚变装置中,等离子体-器壁材料相互作用的问题极大的影响了放电持续时间及等离子体能量等物理量,而且研究等离子体与器壁间区域特性对于更好的限定器壁材料的腐蚀程度有重要的意义。目前,常见的研究等离子体与器壁区域转变问题的模型有四种。本文采用一维流体模型,结合聚变装置中的参数,考虑碰撞和离子温度,讨论了等离子体与悬浮器壁在外加均匀斜磁场作用下,区域中各个物理量在不同参数下的变化特性。研究的带电粒子包括氢离子和电子。研究这一问题采用两种方法。一种是整体区域解,从中性区域到鞘层的光滑过渡。研究发现磁场强度、磁场夹角、电荷交换频率、电离频率以及离子温度对整体区域电势、离子密度、电场、平行磁场速度以及离子流打到器壁上的角度特性有较大影响,而且除了电荷交换碰撞,其他参数的影响均是有规律的。但是此方法无法将中性区域与鞘层分开得到各自区域的特性。第二种方法是选取连接点法。首先分开研究中性区域磁预鞘层和非中性区域磁鞘层,然后选取连接点将两区域连接为一个整体,由于区域的尺度不同,考虑的物理作用也有差别。这种方法的关键是找到一个满足要求的连接点,将这一点作为鞘层边界点,能形成稳定的鞘层。预鞘层约为离子回旋半径量级,区域内离子速度方向在磁场所在平面内有较大的转变,是磁场和电场共同作用的结果。Bohm判据确定的预鞘层边界点是满足准中性的最大位置,离子回旋频率和碰撞频率的大小关系对这一边界点的特性影响较显著。因为边界点处电场发散不连续,准中性不被满足,所以需要在预鞘层边界点之前的区域选取连接点作为鞘层边界点。连接点的位置与磁场强度,磁场方向以及离子温度有关。由于在连接点处非零电场和离子平行于器壁方向的速度不可忽略,垂直于器壁的离子速度没有达到离子声速。磁鞘层是一个正电荷区域,离子流守恒,其厚度是德拜长度量级,并且磁场及离子温度对这一区域特性影响较大。最后将两种方法的结果进行比较,发现各个量的曲线基本吻合,从而验证了通过选取连接点得到区域整体解法的正确性。
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