基於法拉第旋轉測量的EAST電漿位形平衡反演

《基於法拉第旋轉測量的EAST電漿位形平衡反演》是依託中國科學院合肥物質科學研究院，由曾龍擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：基於法拉第旋轉測量的EAST電漿位形平衡反演
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：曾龍
• 依託單位：中國科學院合肥物質科學研究院

項目摘要

電漿平衡反演是獲得電漿磁流體力學平衡基本信息的最常用方法。基於磁診斷的平衡反演能夠提供電漿磁流體力學平衡的基本信息。若要進一步確定電漿內部電流分布、壓強分布和中心安全因子等參數，提高平衡反演精度，除了外部磁診斷數據外，需要補充電漿芯部診斷信息。EAST托卡馬克是世界上第一個全超導托卡馬克裝置，目前尚未實現包含電漿芯部診斷信息的平衡反演，極大地限制了EAST芯部電漿方面的研究，因此有必要開展這方面的探索性研究。雷射干涉偏振儀測得的電子密度和法拉第旋轉角，能夠反映電漿芯部密度和磁場等信息。在EAST超導托卡馬克上，在磁診斷基礎上，結合雷射偏振干涉儀的測量結果，電漿平衡反演，可以得到高精度的平衡重建參數，特別是芯部電漿電流分布和安全因子等參數，進而對理解MHD穩定性、電漿約束和輸運及裝置的運行等方面發揮重大作用。

結題摘要

基於磁診斷的電漿平衡反演是獲得電漿磁流體力學平衡基本信息的最常用方法。在磁診斷基礎上，結合雷射偏振干涉儀的測量結果，電漿平衡反演，可以得到高精度的平衡重建參數，特別是芯部電漿電流分布和安全因子等參數。基於磁診斷的平衡反演程式EFIT已經在EAST托卡馬克上成功運行。新近發展的遠紅外雷射干涉偏振儀系統（POINT）可以同時測量電漿電子密度和法拉第旋轉角，能夠反映電漿芯部密度和磁場等信息。 鑒於POINT系統測量的信號均為弦積分量，從電子密度測量信號中獲得電漿電子密度分布是反演電流分布的基礎。同時由於EAST裝置放電以拉長位形為主，簡單的阿貝爾變換已經無法滿足反演需求。目前開發出的EAST電子密度分布反演程式基於Park矩陣法，融合HCN干涉儀系統提供的垂直三道弦積分密度信號、POINT偏振干涉儀系統提供的水平五道弦積分密度信號和微波反射計提供的邊界電子密度分度信號，可以獲得在圓位形和拉長位形等多種拉長比條件、L模和H模等不同約束條件下的電子密度分布，反演誤差均小於5%。新近發展的EAST電流密度分布反演程式基於EFIT反演算法、結合反演獲得的電子密度分布和POINT系統測量的法拉第旋轉角，能夠提供準確的電漿電流密度分布和q分布。誤差分析過程中發現，當POINT診斷數據誤差小於5%時，平衡反演程式能準確提供電漿芯部分布信息。 EAST電子密度和電流密度反演程式均已在EAST上測試成功並獲得與實驗相符的反演結果，這些為未來開展粒子輸運和理解MHD穩定性、電漿約束和輸運及裝置的運行等方面發揮重大作用。