На бирже курсовых и дипломных проектов можно найти образцы готовых работ или получить помощь в написании уникальных курсовых работ, дипломов, лабораторных работ, контрольных работ, диссертаций, рефератов. Так же вы мажете самостоятельно повысить уникальность своей работы для прохождения проверки на плагиат всего за несколько минут.

ЛИЧНЫЙ КАБИНЕТ 

 

Здравствуйте гость!

 

Логин:

Пароль:

 

Запомнить

 

 

Забыли пароль? Регистрация

Повышение уникальности

Предлагаем нашим посетителям воспользоваться бесплатным программным обеспечением «StudentHelp», которое позволит вам всего за несколько минут, выполнить повышение уникальности любого файла в формате MS Word. После такого повышения уникальности, ваша работа легко пройдете проверку в системах антиплагиат вуз, antiplagiat.ru, etxt.ru или advego.ru. Программа «StudentHelp» работает по уникальной технологии и при повышении уникальности не вставляет в текст скрытых символов, и даже если препод скопирует текст в блокнот – не увидит ни каких отличий от текста в Word файле.

Результат поиска


Наименование:


Курсовик Токамак тороидальная установка для магнитного удержания плазмы с целью достижения условий, необходимых для протекания реакции управляемого термоядерного синтеза

Информация:

Тип работы: Курсовик. Предмет: Физика. Добавлен: 01.04.2012. Сдан: 1999. Страниц: 44. Уникальность по antiplagiat.ru: 82.

Описание (план):


СОДЕРЖАНИЕ
СОДЕРЖАНИЕ 1
ЗАДАНИЕ НА КУРСОВУЮ РАБОТУ 2
ВВЕДЕНИЕ 3
В.1 Магнитная система 4
В.2 Вакуумная камера и бланкет 5
В.3 Дивертор 6
В.4 Система дополнительного нагрева 7
В.5 Криостат 8
1. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ 9
1.1 Движение заряженной частицы в электромагнитных полях 9
1.2 Расчет магнитных полей и магнитных конфигураций 11
2. ДВИЖЕНИЕ ЗАРЯЖЕННОЙ ЧАСТИЦЫ В ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ПОЛЯХ СЛОЖНОЙ КОНФИГУРАЦИИ 13
2.1 Движение заряженных частиц в скрещенных E ? B-полях 13
2.2 Движение заряженных частиц в неоднородном магнитном поле 16
2.2.1 Случай 16
2.2.2 Случай 19
2.2.3 Случай с двумя составляющими gradB 21
2.3 Движение заряженных частиц в поле токамака 22
2.3.1 Магнитная конфигурация токамака 23
2.3.2 Решение уравнения движения 25
3. ЗАКЛЮЧЕНИЕ 33
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 34
ПРИЛОЖЕНИЕ 1 35
ПРИЛОЖЕНИЕ 2 38
ПРИЛОЖЕНИЕ 3 41
ПРИЛОЖЕНИЕ 4 43
?
ЗАДАНИЕ НА КУРСОВУЮ РАБОТУ
1. Проанализировать устройство и основные процессы, протекающие в токамаке.
2. Сформулировать математическую модель для расчета компонентов магнитного поля и движения заряженных частиц в электромагнитных полях сложной конфигурации.
3. Разработать в среде MatLab программу для численного решения уравнений Ньютона-Лоренца. Провести тестирование на аналитических решениях и анализ применимости дрейфового приближения.
4. Разработать программу в среде MatLab для расчета полоидальной и тороидальной компонент магнитного поля и магнитных поверхностей токамака ITER.
5. Рассчитать траектории движения ионов тяжелых изотопов водорода для различных случаев. Провести оценку дрейфового приближения. Проанализировать влияние характера траектории на работоспособность токамака.
?
ВВЕДЕНИЕ
Токамак – тороидальная установка для магнитного удержания плазмы с целью достижения условий, необходимых для протекания реакции управляемого термоядерного синтеза. Плазма в токамаке удерживается не стенками камеры, которые способны выдержать её температуру лишь до определенного предела, а специально создаваемым магнитным полем. По сравнению с другими установками, использующими магнитное поле для удержания плазмы, особенностью токамака является использование электрического тока, протекающего через плазму для создания полоидального поля, необходимого для сжатия, разогрева, и удержания равновесия плазмы.
Рассмотрим устройство токамака на примере реактора ITER.
Основные параметры ITER представлены в таблице 1.
Таблица 1: Основные параметры токамака
Параметр Значение
Большой / малый радиус 6,2 м / 2,0 м
Конфигурация плазмы С однонулевым дивертором
Объем плазмы 837 м3
Площадь поверхности плазмы 678 м2
Номинальный ток в плазме 15 MA
Индукция тороидального магнитного поля на оси плазменного шнура 5,3 Tл
Мощность 500 МВт
Отношение термоядерной мощности к мощности дополнительного нагрева Q ?10
Мощность дополнительного нагрева 73 МВт
Средняя нейтронная нагрузка на стенку 0,57 MВт/м2
Время горения в индуктивном режиме ?400 с
Концентрация плазмы 1020 м-3
Основные узлы ITER:
• Магнитная система.
• Вакуумная камера.
• Бланкет.
• Дивертор.
• Система дополнительного нагрева.
• Криостат.
В.1 Магнитная система
Магнитная система ITER состоит из 18 сверхпроводящих катушек тороидального поля, центрального соленоида и множества корректирующих катушек, которые удерживают, формируют и контролируют плазму.
Энергия магнитного поля, требуемая для удержания плазмы в вакуумной камере, очень велика. Для увеличения эффективности и уменьшения потребляемой энергии в ITER применены сверхпроводящие магниты. Катушки тороидального расположены между вакуумной камерой и криостатом, где они охлаждаются и защищены от воздействия нейтронов в ходе реакции синтеза.

Рис. 1 Одна из 18 катушек тороидального магнитного поля
Полоидалное поле создается током в плазме.
Ток в плазме вызван изменением тока в центральном соленоиде, который является основой магнитной системы. Он создает индуктивный поток, который приводит плазму в движение, формирует линии поля в области дивертора и осуществляет вертикальную стабилизацию. Центральный соленоид состоит из шести независимых наборов катушек, скрепленных вместе.

Рис. 2 Тороидальное сечение токамака ITER

Рис. 3 Центральный соленоид с одной катушкой тороидального поля
В.2 Вакуумная камера и бланкет
Вакуумная камера – это герметичный стальной контейнер, расположенный внутри криостата, в котором протекает реакция синтеза. Вакуумная камера является первым барьером безопасности. Камера имеет форму тора.

Рис. 4 Вакуумная камера
Вакуумная камера имеет двойные стальные стенки с отверстиями для циркуляции охлаждающей жидкости. Внутренняя поверхность камеры покрыта бланкетом, который будет защищать камеру и магнитную систему от высокоэнергетичных нейтронов. Нейтроны замедляются в бланкете, где их кинетическая энергия превращается в тепловую энергию, которая отводится системой охлаждения.
Для удобства обслуживания вакуумной камеры стенки бланкета собирают из сегментов.

Рис. 5 Разрез вакуумной камеры
В.3 Дивертор
Дивертор – один из ключевых компонентов ITER. Он расположен в нижней части вакуумной камеры, его задача – отводить тепло, гелий (продукты реакции синтеза) и другие примеси из плазмы. Он состоит из двух главных частей: основа из нержавеющей стали и обращенные к плазме компоненты, сделанные из вольфрама. Расположение дивертора можно увидеть на рис. 2.

Рис. 6 Дивертор

Рис. 7 Основные узлы дивертора
В.4 Система дополнительного нагрева
Температура плазмы внутри ITER достигает 100 миллионов градусов, чтобы осуществить реакцию синтеза.
ITER оснащен тремя источниками дополнительного нагрева, которые способны обеспечить дополнительный нагрев мощностью 50 МВт, необходимый для нагрева плазмы до температур, близких к температуре реакции синтеза. Это инжекция нейтральных пучков и два источника высокочастотных электромагнитных волн.

Рис. 8 Схема нагрева плазмы
При инжекции нейтральных частиц незаряженные быстрые частицы выстреливают в плазму, где посредствам столкновений их энергия передается частицам плазмы.
В.5 Криостат
Криостат – это конструкция из нержавеющей стали, окружающая вакуумную камеру и сверхпроводящие магниты.

Рис. 9 Криостат
Криостат имеет ряд отверстий, которые предоставляют доступ к системам токамака. Между криостатом и вакуумной камерой расположены мембраны, которые компенсируют термическое сжатие и расширение конструкции.
1. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ
1.1 Движение заряженной частицы в электромагнитных полях
Движение заряженной частицы в электромагнитном поле описывается уравнением Ньютона-Лоренца
(1)
где – вектор скорости заряженной частицы,
M и Zq – ее масса и заряд соответственно,
– вектор напряженности электрического поля,
– вектор индукции магнитного поля.
В декартовой системе координат уравнение (1) имеет вид

Полученную систему из трех уравнений представим в форме Коши
(2)
Для осесимметричных задач удобно использовать цилиндрическую систему координат. В ней уравнение (1) имеет вид

Эту систему из трех уравнений тоже представим в форме Коши
(3)
Для нахождения значений координат используются уравнения: в декартовой системе координат
(4)
и в цилиндрической системе координат
(5)
Метод Рунге-Кутта – это явный одношаговый метод численного решения задач Коши. Рассмотрим алгоритм метода Рунге-Кутта 2-го порядка. Для этого запишем ОДУ первого порядка

Пусть решение в узле ti уже известно Последовательно вычисляются функции


где h – шаг.
Значение в следующем узле находится по формуле

Для обеспечения заданной точности при нахождении решения используется правило Рунге. Вычисляют yi+1 с шагом h=ti+1-ti, а затем yi+1 вычисляют с шагом h/2, т. е. за два шага. Полученные на первом и втором этапах значения сравниваются, если абсолютная разность, деленная на 3, не превосходит заданной погрешности, то вычисление заканчивают, иначе шаг делится на 2, и вычисляют yi+1, используя h/2, h/4 и т. д......................
?
3. ЗАКЛЮЧЕНИЕ
В ходе выполнения курсовой работы были получены следующие результаты:
1. Проанализированы основные процессы удержания частиц.
2. На основе сформулированной модели были записаны уравнения для расчета полоидальной и тороидальной компонент магнитного поля токамака с круглым поперечным сечением. В среде MatLab разработана программа для построения и визуализации магнитных поверхностей этого поля.
3. На основе сформулированной математической модели для расчёта траектории движения заряженных частиц разработаны программы в среде MatLab для расчета движения этих частицы в электромагнитных полях сложной конфигурации. Программы протестированы на случаях с известными аналитическими решениями: движение частицы в скрещенных E ? B – полях и движение в неоднородном по величине магнитном поле. Полученные результаты проанализированы на применимость дрейфового приближения.
4. Разработана программа для расчёта траектории движения заряженных частиц в магнитном поле токамака. С помощью этой программы проанализировано поведение иона дейтерия в зависимости от углов входа частицы в поле токамака. Получены два вида частиц: пролетные и запертые. Для каждого вида частиц рассчитаны траектории. Проведены анализ влияния характера траектории иона на его местоположение, а также анализ применимости дрейфового приближения к описанию движения частиц в токамаке.
?
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Математическое моделирование процессов в плазменных установках: Учеб. пособие / Зимин А. М.; – М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2006. – 116 с.: ил.
2. Основы плазменной электроники: Учеб. пособие для вузов / Протасов Ю.С., Чувашев С.Н. – М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2006. – 632 с.: ил. – (Сер. Электроника).
3. Основы физики плазмы и управляемого синтеза: Миямото К. / Перевод с англ. под общей ред. В. Д. Шафранова. – М.: ФИЗМАТЛИТ, 2007. – 424 с.
4. Физико-технические основы управляемого термоядерного синтеза: Учеб. пособие / Глухих В. А., Беляков В. А., Минеев А. Б. – СПб.: Изд-во Политехн. ун-та, 2006. – 348 с.
5. www.iter.org.
6. www.iterrf.ru.
?
ПРИЛОЖЕНИЕ 1
clear; clc;
disp(Вы запустили программу по решению уравнения движения заряженной частицы);
disp(в электрическом и магнитном полях. В ходе работы программы Вам будет);
disp(предложено ввести значения проеций E и B полей, задать параметры частицы);
disp((заряд и массу) и определить начальные условия. В результате вы получите);
disp(массив выходных данных A и траекторию движения в выбранных осях координат.);
disp( );
disp(Для продолжения нажмите любую клавишу.);
global Ex Ey Ez Bx By Bz q M
%Определение полей
Bx=0; By=0; Bz=1;
Ex=500; Ey=0; Ez=0;
disp( );
disp(Значения составляющих магнитного и электрического полей);
disp([Bx=,num2str(Bx), By=,num2str(By), Bz=,num2str(Bz),]);
disp([Ex=,num2str(Ex), Ey=,num2str(Ey), Ez=,num2str(Ez),]);
disp(При необходимости измените значения и введите "return" для продолжения);
keyboard;
%Определение частицы
Zq=1;
qe=1.602e-19; Me=9.11e-31; Mat=1.67e-27; amu=2; T=100*11600;
alfa1=0.2; alfa2=0;
disp( );
disp(Значения кратности заряда частицы);
disp([Zq=,num2str(Zq)]);
disp(Значения температуры частицы);
disp([T=,num2str(T)]);
disp(Значения угла между вектором скорости и плоскостью XY);
disp([alfa1=,num2str(alfa1)]);
disp(Значения угла между вектором скорости и плоскостью XZ);
disp([alfa2=,num2str(alfa2)]);
disp(При необходимости измените значения и введите "return" для продолжения);
keyboard;
if Zq < 0
M=Me;
q=Zq*qe;
else
disp(Значения атомной массы частицы);
disp([amu=,num2str(amu)]);
disp(При необходимости измените значения и введите "return" для продолжения);
keyboard;
M=amu*Mat;
q=Zq*qe;
end
v0=sqrt(8*1.38e-23*T/(pi*M));
%Задание начальных условий
acc=1e-6;
t0=0;
x0=0; y0=0; z0=0;
vx0=v0*cos(alfa1)*cos(alfa2); vy0=v0*cos(alfa1)*sin(alfa2); vz0=v0*sin(alfa1);
disp( );
disp(Значения начального момента времени);
disp([t0=,num2str(t0)]);
disp(Значения начальных величин координат и скорости частицы);
disp([x0=,num2str(x0), y0=,num2str(y0), z0=,num2str(z0),]);
disp([vx0=,num2str(roundn(vx0,3)), vy0=,num2str(roundn(vy0,3)), vz0=,num2str(roundn(vz0,3)),]);
disp(Точность вычислений);
disp([acc=,num2str(acc)]);
disp(При необходимости измените значения и введите "return" для продолжения);
keyboard;
A00=[vx0 vy0 vz0 x0 y0 z0];
%Задание конечного момента времени
tfinal=1.1e-11;
if sqrt(Bx^2+By^2+Bz^2)~=0
V=[vx0; vy0; vz0];
B=[Bx; By; Bz];
omegaC=abs(q)*sqrt(Bx^2+By^2+Bz^2)/M;
Tc=2*pi/omegaC;
tfinal=20*Tc;
Vnorm=Normal_V(V,B);
Rc=Vnorm/omegaC;
clear V B;
else
disp(Значения конечного момента времени);
disp([tfinal=,num2str(tfinal)]);
disp(При необходимости измените значения и введите "return" для продолжения);
keyboard;
Tc=tfinal/100;
end
%Вычисление точек................



Перейти к полному тексту работы



Смотреть похожие работы


* Примечание. Уникальность работы указана на дату публикации, текущее значение может отличаться от указанного.