托卡馬克電漿自發旋轉的實驗研究

《托卡馬克電漿自發旋轉的實驗研究》是依託中國科學院合肥物質科學研究院，由石躍江擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：托卡馬克電漿自發旋轉的實驗研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：石躍江
• 依託單位：中國科學院合肥物質科學研究院

項目摘要

電漿的旋轉及旋轉速度剪下對H-mode的形成，內部輸運壘（ITBs）的形成和維持，以及電阻壁模（RWMs）等MHD穩定性都起了很重要的作用。對於ITER和未來更大的反應堆規模的裝置，將很難獲得有效的外部動量輸入。近年來在很多裝置上觀測到了自發旋轉現象，這種自發旋轉（或者與NBI提供的外部動量結合）達到的速度很有可能滿足ITER或更大裝置的需求。本項目將主要利用電荷複合交換光譜和二維X彎晶譜儀這兩種診斷，在EAST裝置上開展自發旋轉的實驗研究。研究的重點將是大功率射頻波驅動的自發旋轉與電漿主參數和性能的關係及自發旋轉物理機制的實驗探索。目前有關自反旋轉的實驗數據積累還遠不夠豐富，本項目的實施將對建立有效的能外推到ITER的自發旋轉實驗定標率起到積極的作用。

結題摘要

電漿的旋轉及旋轉速度剪下對H-mode的形成，內部輸運壘（ITBs）的形成和維持，以及電阻壁模（RWMs）等MHD穩定性都起了很重要的作用。對目前的托卡馬克裝置來說，中性束注入(NBI)這樣的外部動量輸入是最有效的電漿旋轉源。而對於ITER和未來更大的反應堆規模的裝置，中性束注入(NBI)將很難為其提供有效的外部動量輸入。近年來在很多托卡馬克裝置上觀測到了非外部動量輸入引發的電漿旋轉現象（被稱為自發旋轉），這種自發旋轉（或者與NBI提供的外部動量結合）達到的速度很有可能滿足ITER或更大裝置的需求。鑒於電漿的旋轉對ITER這樣大型裝置的重要性，無動量輸入或低動量輸入電漿的自發旋轉成了目前國際聚變研究的熱點，有關自發旋轉的實驗還很不充分，缺乏系統性，而理論方面，還沒有一個模型比較好的解釋自發旋轉的機制。本課題主要支持了先進成像彎晶譜儀診斷和電荷複合交換或被動可見光譜診斷正常投入EAST和HT-7實驗並為本項目提供核心實驗數據，通過實驗數據結合理論模型和數值模擬，探索目前的國際熱點-動量輸運和自發旋轉等。HT-7托克馬克上的電荷複合交換光譜診斷的開展為EAST電荷複合交換光譜診斷和被動光譜診斷的發展（包括關鍵硬體技術和數據處理軟體，數據處理方法等）積累了大量豐富的經驗。目前X射線成像彎晶譜儀和可見光被動診斷已穩定運行在EAST裝置上。通過本項目的實施，我們掌握了先進成像彎晶譜儀和電荷複合與被動可見光譜診斷的關鍵技術和方法。同時基於以上診斷研究了EAST裝置上的射頻波加熱和歐姆放電下的自發旋轉行為，尤其首次發現低雜波電流驅動下電漿的旋轉與電流同向，邊界的旋轉變化早於芯部的旋轉變化，此成果發表在物理類的頂級期刊Physics Review Letter上。本項目的支持的其他多篇論文也發表在Plasma Physics and Control Fusion, Review of Science Instruments等主要物理類期刊上。通過本項目的實施，也培養了兩名博士和兩名碩士。