Galatea型磁约束装置等离子体参数与静电探针特性研究

摘要

可控核聚变是未来解决能源问题的重要途径。佳拉洁雅（Galatea）型磁约束装置不同于目前得到大力发展和研究的托卡马克（Tokamak）装置，佳拉洁雅装置是载流导体浸没于等离子体中的非托卡马克装置的一种，具有体积小、成本低、抑制等离子体对流不稳定性等优点。
　　本文分析佳拉洁雅装置各核心组成部分的功能和运行原理，按照功能的不同对全等离子体通道进行划分，明确各部分的功能、结构和参数。介绍单粒子轨道、粒子模拟和磁流体力学等等离子体描述方法，并分析各方法的优缺点。研究了Langmuir探针和电探针的工作原理、Langmuir理论上各区域的探针电流表达式和参数计算过程。
　　根据公共等离子体通道的数学模型，建立基于COMSOL的有限元仿真模型，分析通道中磁场的分布特点，确定通道中的均匀磁场区域和非均匀磁场区域。根据COMSOL中等离子体模型建立通道等离子体仿真模型，分析等离子体参数空间分布和时间演化过程。仿真电探针在通道等离子体中获取I-t特性曲线，并研究等离子体速度对电探针特性曲线的影响，提出提高磁约束等离子体实验参数的方法。
　　磁阱是佳拉洁雅装置的核心部分，可产生特殊的磁场位形约束等离子体。建立磁阱的数学模型和仿真模型，分析磁阱磁场特点，确定磁阱磁场中的弱磁场区域。应用磁流体方法研究等离子体在磁阱中的分布特点，确定Langmuir探针的安装位置。基于COMSOL中等离子体模型建立磁阱等离子体仿真模型，分析等离子体参数的分布特点，研究等离子体密度和电子温度对空间电位的影响。仿真结果表明等离子密度基本不影响空间电位而电子温度与空间电位呈线性变化。仿真Langmuir探针在磁阱等离子体中获取I-V特性曲线，研究等离子体参数对Langmuir探针特性曲线的影响。
　　以Langmuir探针特性曲线为对象，采用小波阈值去噪方法对探针信号进行去噪处理。在分析软硬阈值去噪特点的基础上，提出一种改进的小波阈值函数。根据Langmuir探针I-V特性曲线的特点，提出一种改进的标准差估算方法，计算小波阈值。采用基于改进标准差和改进阈值函数的小波对探针特性曲线进行去噪，仿真结果表明，改进的方法提高了信号的信噪比，降低了均方根误差，去噪效果优于传统阈值去噪方法。采用改进方法对实际Langmuir探针特性曲线的处理取得了良好的效果。

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第1章 绪 论

1 .1 课题背景及研究的目的和意义

1 .2 国内外研究现状

1 .3 本文的主要研究内容

第2章 等离子描述方法和静电探针基本理论

2 .1 引言

2 .2 佳拉洁雅装置的运行原理

2 .3 等离子体描述方法

2 .4 静电探针基本理论

2 .5 本章小结

第3章 公共等离子通道中等离子体参数和电探针特性研究

3 .1 引言

3 .2 公共等离子体通道和截断器磁场分布分析

3 .3 通道中等离子体理论模型

3 .4 公共等离子体通道中等离子体参数分布

3 .5 公共等离子体通道中电探针特性研究

3 .6 本章小结

第4章 磁阱中等离子体参数和Langmuir探针特性研究

4 .1 引言

4 .2 磁阱磁场分析

4 .3 磁阱中等离子体粒子的扩散

4 .4 磁阱中等离子体参数研究

4.5 磁阱中的Langmuir探针特性研究

4 .6 本章小结

第5章 基于小波阈值去噪的Langmuir探针特性曲线滤波算法的研究

5 .1 引言

5 .2 小波变换

5 .3 小波阈值去噪原理

5.4 改进的阈值函数和标准差估算方法

5 .5 改进小波阈值方法的去噪效果

5 .6 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及获得成果

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致谢