EAST高約束模的台基湍流及其與台基參數關係的實驗研究

《EAST高約束模的台基湍流及其與台基參數關係的實驗研究》是依託中國科學院合肥物質科學研究院，由高翔擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：EAST高約束模的台基湍流及其與台基參數關係的實驗研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：高翔
• 依託單位：中國科學院合肥物質科學研究院

項目摘要

對於目前和未來的聚變實驗裝置來說，如何獲得高約束性能的電漿是非常關鍵的問題。而邊界台基參數對於維持高的電漿約束時間、高的電漿磁比壓和高的自舉電流份額至關重要。一般認為台基內部的湍流和湍流輸運被抑制。但最近的實驗和模擬結果表明台基內部依然存在剩餘的湍流，並且這些湍流可能控制著台基參數的變化。深入理解台基湍流與台基參數的關係可以幫助建立控制和最佳化台基參數的方法。本項目將在EAST上對台基湍流進行系統研究並深入探索其和台基參數的關係。 EAST是與國際熱核聚變實驗反應堆（簡稱：ITER）類似的全超導非圓截面托卡馬克裝置。其配備有多種高功率的輔助加熱系統和豐富的電漿診斷。這使得我們可以在很寬的台基參數範圍內研究台基湍流。同時，該項目將使用BOUT++邊界湍流模擬程式與實驗測量結果進行對比。這些研究對於ITER具有重要的物理意義。

結題摘要

對於目前和未來的聚變實驗裝置來說，如何獲得高約束性能的電漿是非常關鍵的問題。而邊界台基參數對於維持高的電漿約束時間、高的電漿磁比壓和高的自舉電流份額至關重要。近年來的實驗和理論結果表明，湍流依然是控制台基參數的一個重要因素。在本項目的資助下，我們在EAST上發展了多道極向相關反射儀，測量了EAST高約束模等離子的邊界台基區的密度漲落。在低雜波或者中性束加熱主導的H模電漿中，廣泛觀察到了一種頻率隨著台基的演化逐漸降低的相干結構，我們稱之為相干模(coherent mode)。該模局域於最外分離面(separatrix)裡面的台基梯度區，極向波數k_theta=0.5 -0.7 cm-1 (k_theta rho_s=0.12-0.16)，傳播方向為電子逆磁漂移方向(裝置坐標系下)。該相干模的出現與台基電子壓強緊密相連，暗示該模式主要是由壓強或壓強梯度驅動的一種不穩定性。這種模式的出現能明顯降低甚至阻止邊界密度的增長，而當這種模式消失後，邊界台基密度的高度和梯度都會增加。眾多的實驗證據表明相干模能夠引起台基區向外的粒子輸運。在我們所研究的典型電漿中，相干模貢獻的最大粒子通量約占38%。而在離子迴旋主導加熱的H模電漿中，電漿中台基區觀察到另外一種諧頻模，邊界磁探針上也能清晰地觀察到此模式，分析表明該模式環向模數為n=-1, -2, -3，負號代表在且在裝置坐標系下在電子逆磁漂移方向旋轉。在台基演化過程中，該諧頻模的頻率較穩定。在台基壓強較高的H模電漿中，反射儀測量的inter-ELM之間的密度漲落通常是寬譜，極向模數k_theta=0 – 3 cm^-1，實驗室坐標系下在電子逆磁漂移方向旋轉。研究表明台基電子壓強隨時間的變化率(dpe,ped/dt)隨寬譜湍流幅度增大而逐漸減小，這意味著寬譜湍流可能引起向外的輸運，調節台基壓強的演化。以上的研究結果表明在EAST台基區，經常觀察到的相干模和寬譜湍流會貢獻一部分的台基輸運，起到調節台基參數的作用，這對於理解台基輸運以及最終控制台基參數奠定了堅實的基礎。