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The synergy current drive by combining electron cyclotron wave (ECW) with lower hybrid wave (LHW) can be used to either increase the noninductive current drive efficiency or shape the plasma current profile. In this paper, the synergy current drive by ECW and LHW is studied with numerical simulation. The nonlinear relationship between the wave powers and the synergy current of ECW and LHW is revealed. When the LHW power is small, the synergy current reduces as the ECW power increases, and the synergy current is even reduced to lower than zero, which is referred as negative synergy in the this context. Research shows that the mechanism of the negative synergy is the peaking effect of LHW power profile and the trapped electrons effect. The present research is helpful for understanding the physics of synergy between electron cyclotron current drive and lower hybrid current drive, it can also instruct the design of experiments.     

EAST低杂波电流驱动的数值模拟

应用改进后的低杂波电流驱动程序对EAST进行了低杂波电流驱动的数值模拟。通过模拟发现,波注入位置、功率谱、等离子体温度和密度对低杂波的功率沉积和电流驱动剖面分布有很大影响。通过选取合适的低杂波功率谱、等离子体温度和密度,可以实现对其功率沉积和电流驱动剖面分布的控制。     

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应用改进后的低杂波电流驱动程序对EAST进行了低杂波电流驱动的数值模拟。通过模拟发现,波注入位置、功率谱、等离子体温度和密度对低杂波的功率沉积和电流驱动剖面分布有很大影响。通过选取合适的低杂波功率谱、等离子体温度和密度,可以实现对其功率沉积和电流驱动剖面分布的控制。     

托卡马克高场侧低杂波电流驱动模拟研究

利用GENRAY/CQL3D程序研究了EAST装置双零位形下高场侧和低场侧发射低杂波的电流驱动情况。模拟发现,电子密度较小时,高场侧低杂波电流驱动效果不如低场侧。随着电子密度的增加,高场侧低杂波电流驱动的优势逐渐显现,从高场侧发射的低杂波可以将能量沉积在更加靠近等离子体中心的位置。提高环向磁场强度有利于低杂波在高密度条件下传播。增大电子密度时,同比例增大磁平衡位形中的等离子体压强,高场侧低杂波电流驱动效果好于低场侧。     

Numerical simulation of electron cyclotron current drive characteristics on EAST

Electron cyclotron current drive （ECCD） will be applied in the EAST tokamak during its the new campaign. In order to provide theoretical predictions for relevant physical experiments, some numerical simulations of ECCD with the parameters of EAST have been can＇ied out by using TORAY-GA code based on the understanding of ECCD mechanisms. ECCD efficiencies achieved in different plasma and electron cyclotron （EC） wave parameters are given. The dependences of ECCD characteristics on EC wave injection angle, toroidal magnetic field, plasma density, and temperature are presented and discussed.     

HT-7托卡马克大功率低混杂波电流驱动的实验研究

在HT-7超导托卡马克成功进行了大功率（P_LHW=100—800 kW,f=2.45 GHz）低混杂波电流驱动实验.研究了不同入射功率和等离子体密度下的低混杂波电流驱动效率.获得了以平均电子密度增加、氘阿尔法（D_α）线辐射减少为特征的粒子约束改善;粒子约束时间τ_p增加了约1.5倍.仔细研究了能量约束时间与等离子体密度和低混杂波功率的关系. 关键词： 托卡马克 低混杂波 约束改善 电流驱动效率     

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在EAST上通过分析剩余环电压与低杂波功率之间的关系,计算得到了低杂波电流驱动效率。采用归一化功率,即功率对等离子体电流、电子密度、等离子体大半径以及有效电荷数归一化,将所有数据绘制在同一曲线中,这样可以得到不同等离子体参数下的低杂波电流驱动效率。实验得到低杂波电流驱动效率η0=(0.5~1.3)×1019 A.m-2.W-1,在等离子体电流Ip=277kA、低杂波功率PLH=681kW条件下,实验得到长达3s的低杂波全波驱动。     

EAST装置低杂波电流驱动效率分析

在EAST上通过分析剩余环电压与低杂波功率之间的关系,计算得到了低杂波电流驱动效率。采用归一化功率,即功率对等离子体电流、电子密度、等离子体大半径以及有效电荷数归一化,将所有数据绘制在同一曲线中,这样可以得到不同等离子体参数下的低杂波电流驱动效率。实验得到低杂波电流驱动效率η₀=(0.5~1.3)×10¹⁹ A.m^-2.W^-1,在等离子体电流I_p=277kA、低杂波功率P_LH=681kW条件下,实验得到长达3s的低杂波全波驱动。     

Toroidal rotation induced by 4.6 GHz lower hybrid current drive on EAST tokamak

Using a tangentially viewing x-ray imaging crystal spectrometer, substantial co-current rotation driven by lower hybrid current drive(LHCD) at 4.6 GHz is observed on EAST tokamak. This study presents plasma rotation behaviors with 4.6 GHz LHCD injection. Typically, the 10-20 km/s co-current rotation change and the transport of rotation velocity from edge to core are observed. The relationship between plasma parameters and rotation is also investigated, indicating that rotation decreases with increasing internal inductance(l_i) and increases with increasing safety factor(q_0). Hysteresis between rotation and T_e plasma stored energy is observed, suggesting different response times between the electron heating and rotation acceleration by LHCD. A comparison between the rotations driven by 4.6 G LHCD and 2.45 G LHCD on EAST is also presented, in which higher frequency LHCD could induce more rotation changes.     

HT—7超导托卡马克最新实验进展

HT－7超导托卡马克在过去的一年中取得较大进展：高参数放电时间长度接近4s,总加热功率超过1MW,在低杂波全波驱动、电流爬升、离子回旋共振加热、双波协同效应,射频壁处理,低环电压启动等方面都取得可喜的结果。     

东方超环上低杂波驱动等离子体环向旋转实验研究

旋转和旋转剪切能抑制磁流体不稳定性和增强等离子体约束.低杂波电流驱动作为未来聚变堆上可能的旋转驱动手段,探索低杂波在现有托卡马克装置上驱动等离子体旋转的驱动机制,可以为未来的聚变堆上旋转预测提供重要参考.在东方超环托卡马克装置上,早期发现了2.45 GHz的低杂波能有效驱动等离子体旋转的现象,认为是边界旋转的改变导致芯部旋转的同电流方向的增加造成的.更高频率下4.6 GHz低杂波电流驱动可以更有效地驱动同电流方向的等离子体旋转.本论文分析在欧姆背景等离子体下,不同功率的低杂波对等离子体环向旋转的影响,研究安全因子剖面变化对环向旋转的关系,利用功率调制获得了低杂波驱动旋转实验中的环向动量输运系数变化情况,发现环向动量扩散系数(χφ)、环向动量箍缩系数(Vpinch)的数值大小趋势是从芯部向靠外的区域逐渐变大.这与低杂波驱动环向旋转时,环向旋转速度由靠外的区域向芯部传递的特性吻合.     

捕获电子对低杂波与电子回旋波的协同效应的影响

电子回旋波和低杂波的协同效应可有效地提高两只波的电流驱动效率.本文数值研究了捕获电子效应对电子回旋波和低杂波协同的影响.结果显示,随着捕获角的增大,双波协同驱动电流会减小,且协同因子也会明显减小,即捕获角对两只波协同驱动流的影响要比其对单独驱动电流的影响更加敏感.通过加宽低杂波共振区可减弱电子回旋波电流驱动对捕获角的依赖,同时发现随着电子回旋波功率的增加,捕获角对电子回旋波电流驱动的影响也会变小.     

低混杂波高N‖分量对EAST等离子体电流驱动的影响

EAST等离子体高约束模运行条件下，在等离子体边缘区域观测到明显的等离子体电流带.在EAST托卡马克装置非圆截面平衡位形下，使用射线追踪方法研究低混杂波高平行折射率N_‖分量对电流驱动的影响.结果表明：当-8≤N_‖≤-6时，平行折射率分量能够在小半径（0.7 < r/a < 1）区域驱动kA量级的等离子体电流.对于具有台基区、等离子体边缘温度更高的电子温度剖面，驱动电流的位置r/a>0.9.低混杂波朗道阻尼的理论分析与数值模拟结果一致.另外，高N_‖低混杂波在等离子体边缘的功率沉积和电流驱动与电子温度分布和发射谱分布相关.     

EAST低混杂波功率沉积和电流驱动剖面控制的数值模拟

对原有的低混杂波电流驱动模拟程序进行改进,使之能够研究EAST上如何控制低混杂波功率沉积和电流驱动分布.在EAST非圆截面的平衡位形下,应用改进后的程序详细计算不同低混杂波功率谱、等离子体密度和温度分布对低混杂波功率沉积位置和电流驱动剖面分布的影响.通过计算发现,选取合适的低混杂波功率谱,等离子体温度分布和密度分布可以对功率沉积位置和电流驱动分布的剖面进行控制;调节等离子体温度分布可以很好的控制低混杂波近轴电流驱动分布和离轴电流驱动分布.     

托卡马克等离子体中的电子回旋波电流驱动

通过将波迹方程与相对论情况下的完全Fokker-Planck方程联合进行求解,研究了寻常波基频电子回旋波从托卡马克等离子体中平面弱场侧发射时的电流驱动。数值结果表明:随着等离子体电子密度、温度的提高, 功率沉积和电流分布的位置将向等离子体的边缘方向偏移,并且产生的总的驱动电流随之减小;入射波极向发射角和环向发射角度的改变对功率沉积、电流分布及其大小产生明显的影响。     

HT-7低杂波电流驱动效率与有效电荷数及电子温度的关系

在HT-7超导托卡马克中进行了低杂波电流驱动的功率扫描实验,功率变化范围为100kW至700kW,频率为2.45GHz。研究了等离子体平均有效电荷数及电子温度与低杂波功率之间的关系。给出了不同功率下低杂波电流驱动效率与有效电荷数及电子温度之间的关系:HT-7装置低杂波驱动效率与电子温度成正比,与有效电荷数成反比。指出了动态杂质控制是改善低杂波电流驱动效率的关键问题。     

托卡马克中电子回旋波与低杂波协同驱动的物理研究

揭示了电子回旋波与低杂波协同驱动等离子体并获得协同电流的机理. 从物理上阐述了双波协同驱动在相空间上和在电流剖面上所需满足的匹配关系. 通过计算机模拟研究展示了协同驱动的净增电流与波功率之间存在的非线性关系, 并对其给出了物理上的解释.本文工作将为相关实验的设计和分析提供物理上的支撑.     

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利用MEC和LSC耦合的程序研究了EAST天线不同的相位差 对功率谱的影响及对功率沉积位置和电流分布的影响。通过计算发现,随着 的增大,功率谱的结构发生了改变,当 >200°后功率沉积和电流密度分布由原先的向外层移动变为向内层移动; =200°时形成一个离轴最远的驱动电流, =120°、 =260°时分别得到电流强度最小和最大的驱动电流。因此可以通过选取合适的天线相位差 ,实现对低杂波功率沉积和驱动电流剖面的控制。     

Investigation of lower hybrid current drive during H-mode in EAST tokamak

H-mode discharges with lower hybrid current drive (LHCD) alone are achieved in EAST divertor plasma over a wide parameter range. These H-mode discharges are characterized by a sudden drop in D_α emission and a spontaneous rise in main plasma density. Good lower hybrid (LH) coupling during H-mode is obtained by putting the plasma close to the antenna and by injecting D₂ gas from a pipe near the grill mouse. The analysis of lower hybrid current drive properties shows that the LH deposition profile shifts off axis during H-mode, and current drive (CD) efficiency decreases due to the increase in density. Modeling results of H-mode discharges with a general ray tracing code GENRAY are reported.     

Effects of trapped electrons on off-axis lower hybrid current drive in tokamaks

The effects of trapped electrons on off-axis lower hybrid current drive （LHCD） in tokamaks are studied, A computer code for solving the Fokker-Planck equation in a toroidal geometry is developed and employed. The code is suitable for various auxiliary heating and current drive schemes in tokamak plasmas. The influence of the resonance regime on the current drive efficiency as well as the influence of trapped particle fraction on the current drive efficiency are emphasized. It is shown that, as an electrostatic force, the lower hybrid wave causes some of the trapped electrons to be untrapped and lose their energy, which can cut the LHCD efficiency by about 30%. The ITER scaling law is also used to estimate the trapped electron effects.[第一段]