电磁驱动下产生超强磁场及内爆压缩等离子体升温的研究

来源 :中国工程物理研究院 | 被引量 : 2次 | 上传用户:wangdalu
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磁化靶聚变(MTF)是介于磁约束聚变(MCF)与惯性约束聚变(ICF)中间的一种新型聚变途径,主要优点在于:体积小,成本低,建造周期短。通过在预加热的等离子体中嵌入磁场来抑制等离子体向套筒的热传导(磁约束),当等离子体膨胀时,使用套筒来约束受到加热的磁化靶等离子体(惯性约束),通过电磁驱动将套筒动能高效转换给预加热的磁化靶等离子体从而达到点火条件而燃烧。磁化靶聚变既有磁约束聚变的优点,利用强磁场约束等离子体,抑制电子、离子的热传导,同时增加聚变产物α粒子的能量沉积,又有惯性约束的优点,利用固体物质壁来约束等离子体。本文主要研究了电磁驱动下超强磁场的产生和电磁驱动下内爆压缩磁化等离子体,分别利用自建零维模型和修改一维三温磁流体程序deira进行数值模拟研究。零维模型计算分析电磁驱动柱形薄套筒内爆压缩内嵌轴向磁场,从而产生超强磁场,通过建立三个无量纲参数(h,A,Π)对电磁压缩装置和磁通压缩过程进行优化评估,其中h为初始内嵌磁场与外驱动等效特征磁场的比值,A为等效无量纲电路电感,Π为套筒参数与驱动参数的比值关系。计算表明,在理想恒定电流驱动情况下,h<0.2时,套筒半径压缩比才能达到10倍。通过在适当范围内调节设计参数h和A,获得Π的最优化取值范围,并在1MJ的驱动能量下,模拟产生了1000T的超强磁场并获得了较高的磁能转化效率。deira程序主要研究离子束驱动下的球形ICF靶聚变,在研读程序的基础,我们修改了程序的语言版本、驱动方式、程序后处理数据、套筒结构等。通过柱形套筒内爆、柱形套筒内爆压缩内嵌磁场来验证修改后程序的正确性。探讨初始磁场、初始等离子温度对内爆压缩等离子体升温的影响,研究结果表明:适当的初始磁场和初始等离子体温度可以大大增加等离子体的升温效果。
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