邊界局域模被緩解和抑制期間台基區湍流性質的研究

《邊界局域模被緩解和抑制期間台基區湍流性質的研究》是依託中國科學技術大學，由周楚擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：邊界局域模被緩解和抑制期間台基區湍流性質的研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：周楚
• 依託單位：中國科學技術大學

中文摘要

邊界局域模（ELM）是由邊界高壓強梯度驅動的不穩定性，單個第I類ELM大爆發造成的能量和粒子的損失最大可達台基區能量的20%，對於ITER而言，帶來的瞬間能量沉積是第一壁材料允許的20-30倍，會嚴重影響ITER內部構件的使用壽命，甚至會損壞第一壁材料以及偏濾器靶板，導致反應堆無法正常運行。如何有效緩解和抑制ELM是磁約束核聚變物理的關鍵問題之一。在EAST托卡馬克之前的超聲分子束和低雜波加熱調製抑制和緩解ELM的實驗中我們初步觀察到台基區湍流可以緩解ELM，本項目的研究目標是：在之前實驗的基礎上，利用先進微波診斷工具——兩道雙極化剖面微波反射儀、兩道都卜勒背向散射以及八道都卜勒背向散射儀系統，測量ELM緩解和抑制期間台基區湍流的性質，分析台基區湍流緩解和抑制ELM的作用機理。

結題摘要

邊界局域模的控制是目前磁約束核聚變急需解決的關鍵問題之一，本項目通過對邊界局域模緩解和抑制期間台基區湍流模式特徵以及輸運性能的研究，尋找台基區不同模式的湍流在邊界局域模緩解和抑制過程中的作用機制，探索穩定的高約束模運行區間。主要研究內容和成果分為三個方面：硬體升級和改進、發展模擬和數據處理程式以及實驗研究無邊界局域模運行區間台基區湍流的特徵和輸運性能。在硬體升級和改進方面，我們研製和搭建了可以同時測量八個不同徑向位置湍流信息的八道都卜勒背向散射儀系統，研發和測試了新的掃頻梳狀譜發生器以及五道掃頻W波段都卜勒背向散射儀系統，新搭建的兩套系統已經成為EAST托卡馬克主要的湍流診斷工具。在模擬和數據處理程式開發方面，發展新的都卜勒頻移計算方法——相位條件功率密度法，提高了都卜勒頻移計算的速度和精度；發展了二維全波模擬程式，模擬計算徑向電場分布對都卜勒背散射信號的影響，研究發現傳播路徑會對背向散射信號產生影響，使得都卜勒信號的功率譜呈非高斯分布；且當密度漲落幅度大於6%時，非線性效應開始出現，從而更好的輔助我們對實驗結果的理解。在實驗研究方面，在EAST托卡馬克上觀察到類似於邊界諧頻振盪的台基區諧頻相關模，實驗論證了邊界徑向電場剪下在其激發過程中的重要作用，並通過互功率譜分析了HCM與背景湍流的非線性相互作用，發現HCM可以將能量從背景湍流轉移到高頻湍流，從而有效的抑制背景湍流，實現無邊界局域模的運行狀態；發現了邊界局域模抑制期間台基區的寬譜湍流，研究了寬譜湍流的模式特徵和輸運特性；研究了測地聲模的電磁特性，確定了其m=2的極向駐波結構，並與理論計算的結果進行對比；在國際上首次觀測到H模運行條件下的測地聲模，研究了GAM的三維對稱特徵，觀測到在L-H轉換過程中測地聲模從連續譜GAM轉化為本徵模GAM，研究了測地聲模與背景湍流的三波相互作用，論證了背景湍流在測地聲模激發過程中的重要作用。