【摘 要】
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本文围绕聚变装置中的灰尘与等离子体及壁的相互作用这一主题,运用分子动力学方法对一些过程进行了模拟。模拟中的等离子体温度、密度的选取参考了EAST装置中相关区域的等离子
【出 处】
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中国科学院研究生院 中国科学院大学
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本文围绕聚变装置中的灰尘与等离子体及壁的相互作用这一主题,运用分子动力学方法对一些过程进行了模拟。模拟中的等离子体温度、密度的选取参考了EAST装置中相关区域的等离子体参数。此外,本模拟采用了最新开发的钨氢势函数,从而使得模拟完全针对EAST下一阶段将要采用的钨基面向等离子体部件的工作环境。
通过相关模拟,我们发现,当钨灰尘颗粒进入等离子体最外闭合磁面内仅仅几个厘米的深度后,即在T~400eV、n~1019m-3时,就会与聚变等离子体发生强烈的相互作用,而发生消融,从而无法在其中存在较长时间。但是,灰尘却能够在EAST的偏滤器部位(T~10eV、n~1020m-3),以及靠近第一壁的SOL层中(T~50eV、n~1019m-3)存在较长的时间,且不被等离子体腐蚀。这将导致灰尘颗粒在这些区域不断积累,引发各种运行问题。
同时我们也运用分子动力学方法模拟了不同速度的灰尘颗粒垂直入射到壁表面的情况,发现当入射速度Vd⊥≤100m/s时,灰尘颗粒将吸附在壁表面,而灰尘与壁表面均未有明显损伤。这表明灰尘撞击所产生的应力低于材料的屈服强度。当入射速度提高到Vd⊥~500m/s时,灰尘的晶格结构在碰撞后完全损坏,颗粒也明显偏离最初的球形,并且还将发生反弹;但壁表面却没有明显损伤,壁材料表面的凹陷在随后还将自我修复。此外,我们还模拟了当Vd⊥=500m/s时,灰尘与以不同角度入射到表面的情况。结果显示,灰尘由于具有平行于表面的速度,将在碰撞后发生滚动,并在途中发生磨损,形成疏松的沉积层;入射角度(速度与壁表面的夹角)较小时,灰尘滚动和磨损将强烈。
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