刘永超,龚学余,*,杨文军,向 东,曹锦佳

(1.南华大学 电气工程学院,湖南 衡阳 421001;2.南华大学 核科学技术学院,湖南 衡阳 421001)

0 引 言

能源危机问题是当今最主要的问题，可控核聚变是彻底解决这场危机的有效途径之一。但可控核聚变需要将等离子体加热到大约1亿摄氏度，常规的容器不能承受如此高温，所以需要很好的约束反应物质。常用的约束手段有两种，惯性约束和磁约束。惯性约束是通过强激光电子束对聚变材料进行作用，在极短的时间内让物质达到高温高密度状态，从而发生聚变反应。磁约束聚变是利用强磁场来约束高温等离子体态的聚变核燃料，持续可控的发生核反应释放能量，与瞬间释放能量的聚变方式相比该方案更有利于商用发电[1]。受控磁约束聚变最具代表性的位形有：托卡马克和仿星器。而托卡马克位形被认为是最具前景的。目前国际上在建的ITER[2](international thermonuclear experimental reactor)以及国内正在立项设计的CFETR[3](China fusion engineering test reactor)，正是采用的托卡马克位形。

由于托卡马克装置是轴对称系统，为了计算方便，利用其环向对称性，L.L.LAO等人采用的二维模型[4]。袁保山等人对铁芯结构的托卡马克装置，从研究等离子体区域极向场的角度考虑，近似把中心柱看作无限长，研究了铁芯的存在对极向场的影响[5]。E.R.Solano等人建立了卷轴模型，计算了铁芯在非饱和情况下对极向场的影响，给出了极向场的解析表达式[6]。杜世俊等人在研究铁芯对平衡计算的影响时，把铁芯对平衡的影响看作是外部极向场线圈镜像电流的作用，巧妙地将问题转化为空气铁芯的磁流体力学(magnetohydrodynamics，MHD)方程的求解[7]。……