《外加共振螺旋場對托卡馬克電漿密度影響的研究》是依託華中科技大學，由胡啟明擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：外加共振螺旋場對托卡馬克電漿密度影響的研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：胡啟明
- 依託單位：華中科技大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
利用外加共振螺旋場控制電漿中的磁流體不穩定性（邊界局域模、電阻壁模、新經典撕裂模等）已成為當今國內外磁約束核聚變研究的熱點之一。實驗研究發現共振螺旋場的作用可能會改變電漿密度，影響電漿的約束性能。但是目前對其作用機制仍不清楚，特別是對電漿轉動速度等參數在密度變化中所起作用缺乏充分理解，研究共振螺旋場影響電漿密度的作用機制是其積極套用的基礎。本項目擬利用J-TEXT上的外加共振螺旋場，通過調節螺旋場的頻率和模式，從實驗上研究共振螺旋場對電漿密度的影響，重點研究密度變化與電漿轉動、安全因子等參數的關係。採用雙流體數值模擬，對實驗結果進行圖像解析，給出螺旋場改變密度的基本圖像和作用機制；探索螺旋場提升電漿密度的實驗條件。項目的執行可為進一步理解共振螺旋場引起密度變化的物理機制提供參考。
結題摘要
外加共振螺旋場對托卡馬克中邊界局域模和電阻壁模的控制以及誤差場校正都發揮著很重要的作用，但是螺旋場的套用往往會導致電漿密度的下降和約束降低，是大裝置和ITER要解決的問題。本項目在J-TEXT托卡馬克上通過調整螺旋場系統的譜結構，實驗研究了m/n=2/1，3/1和2/2等不同共振分量的螺旋場對電漿密度的影響，並利用雙流體數值模擬對螺旋場激發的磁島影響密度的機理進行了研究。實驗發現，螺旋場激發的2/1磁島會導緻密度顯著下降、粒子漲落水平降低，同時密度下降幅度和快慢與磁島大小緊密相關。我們利用3/1螺旋場在電漿邊界激發磁島，會提升電漿密度、改善粒子約束，並發現激發這一現象的螺旋場閾值與電漿密度線性相關。實驗發現，2/2螺旋場在電漿芯部穿透會抑制鋸齒振盪並導緻密度上升。雙流體數值模擬研究發現，螺旋場激發的磁島會拉平磁島區的密度分布，其作用機理是磁島區的平行擾動電流會影響平行粒子輸運，改變磁島區的密度梯度。通過掃描螺旋場幅值和電漿轉動，研究發現螺旋場引起的密度變化與電漿轉動大小和方向有關。分析發現當電漿相對於螺旋場在同電流方向轉動時，合適強度的螺旋場會提升密度，反之引起密度降低，這一理論理解很好的解釋了3/1螺旋場提升電漿密度的實驗結果。這些研究結果表明通過匹配螺旋場譜結構和電漿轉動條件，可以降低螺旋場引起的密度下降甚至利用螺旋場提升電漿密度，這為大裝置上螺旋場控制邊界局域模如何最佳化約束提供了重要的研究基礎。
