科学网—标签 - 托卡马克

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plasmascience 2019-2-17 05:48

蓝线是包含回旋运动的全轨道在极向平面上的投影，红线是导心轨道。这是一个动能为23keV的俘获离子，漂移轨道形状像个香蕉，香蕉的端点是离子平行速度为零的位置，从动画可以看出，粒子在香蕉的端点附近逗留的时间要比在其他地方长得多。全轨道是用Boris算法得到，动画中用的时间步长是回旋周期的16分之一。磁位型为EAST放电真实位型#59954@3.03s. 下图是一个完整的香蕉轨道，漂移轨道周期约为回旋周期的1453倍。

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CT-6和CT-6B装置始末1

热度 1 dujunfu 2017-10-31 15:33

CT-6和CT-6B装置始末1 CT-6 是中国科学院物理研究所建于 1974 年的托卡马克型核聚变研究装置。 CT-6B 是其升级版，所以可算同一台装置。这一装置的主机现在放置在中国科技馆东门以外作为永久性展品展出。 CT-6 是我国第一台托卡马克装置。这一点，不被一些同行承认。他们说，应当说是我国第一台小型托卡马克装置。这么说当然也行，但是按照一般逻辑，与说是第一台托卡马克装置不悖。况且大中小型之分，并无公认标准。当初在《物理学报》上发表文章时，就遇到这样的质疑。其实我们也没必要强调什么第一个。所谓国内首创只是个噱头。这一装置是在陈春先的一手操办下建成的。陈春先在文革中遭到批判，没干什么业务，后来第一批下放湖北干校。 1970 年 7 月他从干校回来， 10 月份起开始关注国外托卡马克的进展，几乎同时决定建一个托卡马克。他在这一年的 12 月到中关园找北大物理系的胡惠玲教授商议合作，又到我院电工所找原来就认识的严陆光，建立了合作关系。大约在 1971 年成立了调研组，在理论和工程方面均做了充分的准备。严陆光是著名科学家严济慈的六子，我们叫他严老六。这时领导尚不很信任陈春先。 1971 年这边组团首次访问迁至四川乐山的二机部 585 所，由我所的李吉士、郑少白、白伟民和电工所的马宏达组成，没让陈春先参加，也没让严陆光参加。这次行程称为“破冰之旅”，因为三线单位神秘得很，他们到达时该所给每人发了个笔记本，回来时再收回。但是陈春先在 1971 年访问了合肥。这是因为他和严陆光商量，想在合肥利用已建成的 8 号电感作电源，建设下一代更大的装置。所谓 8 号电感，表示其储能 10 8 焦耳，是一个很大的储能线圈，有两层楼高。据说是作为磁流体发电电源建造的，后来又作为试验大能量激光的电源使用。脉冲工作的磁体的储能方式有电容储能、电感储能和机械储能几种。电容储能需要脉冲电容器，当时我国刚能制造。机械储能使用飞轮机组，技术含量很大。只有电感储能的主要部件是个大线圈，可以自行制造。所以在研究初期自然选择了这条途径。但是这种储能方式的能量转换效率低，操作不方便，后来就基本被淘汰。电工所在中关村也有一个 6 号电感，储能 10 6 焦耳。可能也曾想过利用这一电感作电源，后来由于同样原因放弃了，改用电容器作电源。科技馆东门外展出的CT-6装置主机

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托卡马克等离子体中的狄利克雷函数

热度 3 等离子体科学 2012-7-12 03:09

在UCSD参加中美聚变合作研讨会（US-PRC Fusion Cooperation Workshop)，主要讨论托卡马克物理。中午休息，到科学网看看，正好看到蒋老师提到狄利克雷函数。这个 D irichlet Function （比如F(x）=1，如果x是有理数；F(x)=0，如果x是无理数），看着好像很数学——一个数学家杜撰出来做反例难为大家的。想不到这位德国数学家去世一百年后，前苏联的科学家们真的建造了一种具有狄利克雷函数性质的叫做托卡马克的装置。这种圆环形状（见下图）的装置中的磁力线的几何特性可以用绕大环转过的角度和绕小环转过的角度之比q来表示。这个比值q显然是小环截面半径的函数:q=q(r)，而且是随r连续变化的的。（图片来自Wiki网站）在q是有理数的圆环面（r=r_0)上，可以写q=m/n，m和n都是整数。显然m是磁力线绕大环转过的圈数，n是绕小环转过的圈数。q=m/n表示磁力线在绕大环转过m圈，绕小环转过n圈之后首尾相接。在q是无理数的圆环面上，磁力线显然无法首尾相接，只能转了又转，“各态历经”——铺满整个圆环面。所以在有理面上，磁力线占据面积的测度是零。而无理面上磁力线占据整个圆环面。如果定义r处：圆环面的面积 - 磁力线占据面积圆环面的面积为F(r)。则这个函数就是D irichlet Function！这是函数的几何意义。物理意义是什么呢？在有理面上，因为磁力线是闭合的，扰动可以传回来并得到加强，所以可能产生不稳定性；而无理面则一定是稳定的： F=1——可能产生不稳定性； F=0——稳定的！一个数学家杜撰出来的函数，百年后获得了几何与物理的生命！又：蒋老师的故事里，那位学生说这个函数没有图形对应。但是上文里引的website有这个函数（的另一种表示）的“图形”：

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简说H-模

等离子体科学 2010-11-18 09:33

有网友问何为 H- 模？等离子体物理的一个特点就是模（ mode ）非常多：有表示波动模式的各种简正模（ normal modes ）和本征模（ eigenmodes ）；有表示不稳定性的各种模式，最著名的比如扭曲（撕裂）模和交换（气球）模；更有表示不同放电形式或者运行方式的模，比如大气压辉光放电的所谓 a - 模和 g - 模。特别是托卡马克等离子体的 H- 模和 L- 模其中 H 是 High 之意， L 是 Low 之意。这里 H- 模和 L- 模都是运行模式（ operation mode ）： H- 模是 high-confinement mode ， L- 模则是 low-confinement mode 。 H- 模是 1980 年代末在德国的 ASDEX 上最先看到的：在托卡马克等离子体边缘处形成自组织的、非常高的压强（温度、密度）梯度（被称为边缘输运垒 edge transport barrier ， ETB ），使得主体等离子体（ core plasma ）的温度、密度成倍增加，等离子体能量约束大大改善。目前世界上主要的先进托卡马克上都看到了 H- 模放电。基于 H- 模的 ITER 设计，预计经费比原来基于 L- 模的设计大约减少一半。 H- 模等离子体边缘很薄的区域里很大的压强梯度，导致称为边缘局域模（ edge localized modes ， ELM ）的不稳定性。这种不稳定性是 H- 模放电的特征，所以 H- 模又被称为 ELMy H-mode 。引起边缘输运垒的原因至今仍不是很清楚。这是当前等离子体物理研究的重要前沿之一。。

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mirror - 什么是技术？

liwei999 2010-6-6 19:47

什么是技术？ (1127 bytes) Posted by: mirror Date: June 05, 2010 09:52PM 陈老师有文章《中国人再造了一个太阳，牛！！！》（），镜某读后忍不住想发些牢骚。当然牢骚不是对着陈老师，因为他不过是个被误导了的外行人。问题的根子在科学院那里。科学院的网站上有介绍全超导托卡马克核聚变实验装置的网页（），那里的说法才是误导局外人的根源。引用: 2006年9月28日，中国耗时8年、耗资2亿元人民币自主设计、自主建造而成的新一代热核聚变装置ＥＡＳＴ首次成功完成放电实验，获得电流200千安、时间接近3秒的高温等离子体放电。的说法应该有另外的读解。所谓自主设计，是说按照自己的承受能力提出设计指标；所谓自主建造，是说买来关键部件后自己安装起来。支撑全超导托卡马克核聚变实验装置的核心技术是什么？第一是超导磁线圈的设计和制造，第二是对等离子体的加热技术。虽然对高温等离子体的控制和炉体材料也重要，但是在现阶段（ＥＡＳＴ的档次）还不是大问题。对于从受控核聚变获取能源镜某不抱期待。如果能通过建造这样的设备掌握做超导磁铁的技术，这样的科学投资也就不冤了。在科学工程上都不能有一说一的话，在其它领域里说实话就更难了。这也算是个中国特色吧。就是论事儿，就事儿论是，就事儿论事儿。 http://www.starlakeporch.net/bbs/read.php?1,64227

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磁重联漫谈（8）：Tokamak的“有理”磁面

等离子体科学 2010-1-10 21:16

（一位朋友批评说：应该多写点托卡马克！写这么多磁重联，年轻人都去做磁重联了！（写的时候没有想到这一点 :p 。无非是觉得自己对这个问题还有一些心得而已。这就做一点改正。其实等离子体物理的研究方向确实很宽。大家看了主要还是学习分析问题的出发点和方法。至于选择的具体方向，不妨根据自己的喜好、国家的需要、和单位的情况。）笔者前面说到：正确的快磁重联模型依赖于 1990 年代无碰撞磁重联理论的发展。但实际上无碰撞磁重联理论早在 1966 年就与电阻磁重联的理论（而非模型）同时发展起来了。但是在介绍无碰撞磁重联的早期理论之前，我们先介绍电阻磁重联的理论发展。前面说到的 Sweet-Parker 模型也好、 Petschek 模型也好，都还是半定量的模型，算不得定量的理论。电阻磁重联的线性理论最早是 1963 年由 Furth, Killeen, Rosenbluth 提出的（ Phys. Fluids 6, 459, 1963 ），被称为 FKR 理论。这个理论是针对在 Tokamak 位形下有理面上因为磁重联引发的撕裂模（ Tearing modes ），利用渐进方法中的边界层（ Boundary Layer ）理论，第一次得到电阻磁重联（撕裂模）的线性增长率。笔者不打算在这里谈具体的数学计算，只是强调几个要点。首先，介绍一下有理面：磁约束等离子体的 Tokamak 环形装置看着像轮胎，或者 Donut 。里面的等离子体被约束在一层一层套着的轮胎（或者 Donut ）形状的磁面上每个磁面都是一根磁力线绕成、并用一个物理量 q 来表征。显然 q 是随着轮胎小环半径 r 连续变化的 q=q(r) 。这个物理量人们称之为安全因子（ safety factor ），数值上等于磁力线绕大环的圈数和绕小环的圈数之比。因为 q 是连续变化的，所以一定是由分立的有理数和这些有理数之间的连续的无理数组成。那么在那些具有有理数 m/n 的 q 值的磁面（我们称为有理面（ rational surface ））上，磁力线绕大环 m 圈同时正好绕小环 n 圈！所以有理面上的磁力线有下述性质： 1 ）首尾相接的闭合曲线， 2 ）只覆盖磁面上一个测度为零的部分。这两个性质非常重要！ Tokamak 等离子体中千变万化的各种模式，大都是因为这两个性质或其中之一引起的。我们先来看分立的有理面之间的那些连续分布的无理面（ irrational surface ）。很显然，因为这些面上 q 是无理数，所以磁力线不会在绕大环有限圈之时正好也绕小环有限圈，而只能这么无限地绕下去铺满整个磁面。因为在等离子体中磁力线自身的张力，所以这些无理磁面非常结实。这就是为什么 Tokamak 整体约束还是不错的。但是那些磁力线只覆盖磁面上一个测度为零的部分有理面，特别是低模数（ m 、 n 很小）的、磁力线只绕那么一两圈的有理面，就显得格外软。而且更重要的：因为磁力线的周期性（首尾相接的有限长闭合曲线），则对于任何局域的扰动沿着磁力线传播的都会传回来；垂直磁力线传播则总会有一个模数为（ m, n ）的本征模与这个有理面（ q=m/n ）上的磁力线的几何结构共振！从而引起各种不稳定性的增长。所以 Tokamak 上的有理面也称共振面（ resonant surface ）。对于 Tokamak 中的磁重联过程来说，我们强调两点：第一，有理面是磁场的拓扑分形面（ topological separatrix ）；第二，有理面上的磁力线满足周期条件。这两点非常重要。后来的所谓分量重联理论忘掉了这两点（特别是最后一点），导致一些荒谬的结果。

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