电子回旋波驱动的托卡马克芯部等离子体极向旋转

提出了一个驱动托卡马克芯部等离子体极向旋转的新途径：用电子回旋波产生芯部等离子体极向旋转.物理机制如下：在高功率的电子回旋波加热的托卡马克等离子体中，共振局域化现象将产生极向电场从而形成极向外高内低的离子密度分布；这个极向离子的积累可以克服来自磁泵的阻尼而使等离子体极向旋转退稳定.从流体力学方程和漂移动力学方程中，得到了等离子体旋转退稳的判别式.结果表明现有的电子回旋波加热功率水平可以驱动芯部等离子体的极向旋转. 关键词：     

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。     

ITER装置中等离子体旋转和反馈控制对电阻壁模影响的数值研究

在托卡马克等离子体中,电阻壁模是非常重要的磁流体不稳定性,特征时间在毫秒量级.对长时间稳态运行下的先进托卡马克,电阻壁模限制着聚变装置的运行参数空间(放电时间和比压),影响经济效益,所以研究电阻壁模稳定性至关重要.本文使用MARS程序,针对ITER装置上9 MA先进运行平衡位形,研究了等离子体旋转和反馈控制对电阻壁模的影响.结果表明,在没有反馈控制时,当比压参数Cβ取0.7,等离子体环向旋转频率达到1.1%的阿尔芬频率时,可以完全稳定电阻壁模;在等离子体环向旋转和反馈控制共同作用时,比压参数Cβ取0.7,反馈增益|G|取0.6时,稳定电阻壁模所需要的等离子体旋转频率为0.2%的阿尔芬频率.可见,单独靠等离子体环向旋转稳定电阻壁模所需的旋转频率较大;而等离子体环向旋转和反馈控制共同作用可以降低稳定电阻壁模的旋转频率临界值,符合先进托卡马克的运行.本文的研究结果对中国聚变工程试验堆CFETR的工程设计和运行具有一定指导意义.     

HL-1M托卡马克边缘参数和雷诺胁强的径向分布

利用多组马赫/郎缪尔探针测量了HL-1M装置刮离层和边缘静电雷诺胁强，等离子体极向旋转，径向和极向电场的径向分布，在低杂波电流驱动，超声分子束注入，多发弹丸注入和中性束注入实验中，给出了雷诺胁强和极向流的关系。结果表明，由于雷诺胁强的径向变化，托卡马克等离子体可以自发地产生剪切极向流。     

HL-2A等离子体边缘极向剩余胁强的研究

首次报导了托卡马克等离子体边缘与湍流相关的极向剩余胁强剖面的测量结果。采用外中平面往复式静电探针阵列对HL-2A托卡马克边缘的极向湍流动量输运进行研究。在没有外部动量注入的欧姆放电下,剩余胁强为有限值、且其空间剖面在等离子体边缘具有明显的径向梯度,表明托卡马克等离子体边缘存在极向动量源。由动量源产生的动量主要以扩散形式向与剩余胁强相反的方向传播,最终的结果是等离子体边缘存在有限的雷诺胁强。在最后闭合磁面以内0.5~2cm区域,剩余胁强的梯度提供自发旋转的力矩,由该力矩引起的动量产生与由速度梯度引起的动量扩散共同导致了雷诺胁强出现负梯度,造成动量沉积,从而驱动极向平衡流。     

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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。     

托卡马克旋转等离子体中阿尔芬波电流驱动

随着托卡马克实验的发展，人们正在寻求和研究多种更适合先进托卡马克高约束性能等离子体的电流驱动方法，然后加以比较和选择。尽管达到兆安量级的低杂波电流驱动已经在许多托卡马克上取得成功，但低杂波不能渗透到反应堆尺寸的托卡马克等离子体密度增加而降低，使得在反应堆尺寸的托卡马克等离子体中使用低杂波驱动电流受到限制。有人预计在反应堆托卡马克中采用电子回旋波驱动电流比低杂波驱动更有效，不幸的是，直到目前还没有足够的实验证明这个预言的正确性。阿尔芬波电流方式，它具有在等离子体中传播不存在密度极限问题等优点，也许更适合未来的反应堆托卡马克。     

HT-7超导托卡马克边界等离子体参量及其涨落的实验研究

利用径向可移动朗缪尔三探针和马赫探针对HT-7超导托卡马克边界等离子体参量及其涨落进行了空时空分辨测量.给出了欧姆放电及其与低杂波电流驱动共同作用下边界等离子体电位φ_p、电子温度T_e和电子密度n_e及其涨落的径向分布.实验表明,在限制器附近,存在一由E_r×B确定的极向旋转速度剪切层.在剪切层内,T_e和n_e分布较陡,且φ_p,T_e和n_e的相对涨落水平下降明显.这说明剪切层对边界区的等离子体涨落具有抑制作用.低杂波驱动使径向电场梯度变陡,从而使剪切程度加深但对剪切层宽度无影响.此外,测量表明等离子体环向速度马赫数M_φ存在径向梯度.环向流的这种径向梯度可能是形成径向电场所需的平均极向流的一种重要驱动源 关键词： 托卡马克 边界涨落 低杂波驱动     

离轴低杂波电流驱动中的捕获效应

本文研究了捕获电子效应对托卡马克离轴低杂波电流驱动的影响．利用开发的编码研究了低杂波在托卡马克等离子体中的吸收和驱动效率，特别是共振区域和捕获电子份额对波功率沉积和电流驱动效率产生的作用。研究表明，捕获电子效应对离轴低杂波电流驱动的影响与波驱动的功率谱结构有关。     

俘获电子效应对低杂波电流驱动的影响

利用的程序是基于FASTFP开发的RFP准线性Fokker-Planck程序，该程序适用于各种辅助加热和电流驱动的动力学计算.利用开发的编码对低杂波在托卡马克等离子体中的吸收和驱动效率进行了Fokker-Planck计算，考查了环形托卡马克装置的纵横比对波功率沉积和电流驱动效率产生的作用.研究表明，俘获电子效应对低杂波电流驱动的影响与波驱动的功率谱结构有关.俘获电子的平行速度较低，优化的功率谱可以在共振的电子数和俘获电子之间取得折中.俘获电子效应可以使低杂波电流驱动效率减小30%. 关键词： Fokker-Planck方程 俘获电子效应 低杂波电流驱动     

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.     

Particle pinch with fully noninductive lower hybrid current drive in Tore Supra

Recently, plasmas exceeding 4 min have been obtained with lower hybrid current drive (LHCD) in Tore Supra. These LHCD plasmas extend for over 80 times the resistive current diffusion time with zero loop voltage. Under such unique conditions the neoclassical particle pinch driven by the toroidal electric field vanishes. Nevertheless, the density profile remains peaked for more than 4 min. For the first time, the existence of an inward particle pinch in steady-state plasma without toroidal electric field, much larger than the value predicted by the collisional neoclassical theory, is experimentally demonstrated.     

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。     

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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。     

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。     

HL－1装置中LHCD和等离子体参数的关系

本文研究了在ＨＬ－１托卡马克的不同放电阶段的低混杂波驱动特性。给出了驱动电流及驱动效率和等离子体参数，如电子平均密度ｎｅ、等离子体电流Ｉｐ及纵向磁场的关系。也给出和分析了波驱动和入射波功率的关系。在放电平段，对正反向驱动效率进行了研究和比较。     

Effects of edge-localized mode-induced neoclassical toroidal viscosity torque on the toroidal intrinsic rotation in the EAST tokamak

Intrinsic rotation has been observed in lower hybrid current-driven (LHCD) H-mode plasmas with type-III edge-localized modes (ELMs) on Experimental Advanced Superconducting Tokamak (EAST), and it is found that the edge toroidal rotation accelerated before the onset of the ELM burst. Magnetic perturbation analysis shows there is a perturbation amplitude growth below 30 kHz corresponding to the edge rotation acceleration. Using the filament model, the neoclassical toroidal viscosity (NTV) code shows there is a co-current NTV torque at the edge, which may be responsible for the edge rotation acceleration. For maximum displacement ～1 cm and toroidal mode number n=15, the calculated torque density is ～0.44 N/m², comparable with the average edge toroidal angular momentum change rate ～1.24 N/m². Here, the 1 cm maximum magnetic surface displacement estimated from the experimental observation corresponds to a maximum magnetic perturbation ～ 10^?3–10^?2 T, in accordance with magnetic perturbation measurements during ELMs. By varying n from 10 to 20, the magnitude of the edge NTV torque density is mainly ～0.1–1 N/m². This significant co-current torque indicates that the NTV theory may be important in rotation problems during ELMs in H-mode plasmas. To better illuminate the problem, magnetic surface deformation obtained from other codes is desired for a more accurate calculation.     

低杂波控制电流分布与改善约束研究

在HT-7超导托卡马克装置上利用低杂波电流驱动有效地控制了等离子体电流分布,并使等离子体约束性能改善。数值模拟与硬X射线测量结果均表明,低杂波的发射功率谱、纵场和等离子体密度对改变等离子体电流分布有明显的影响。在优化低杂波电流驱动实验参数的条件下,等离子体密度、温度分布发生了理想的变化。在电子和离子温度分布上出现了内部输运垒,同时等离子体的能量约束时间和粒子约束时间均有提高。     

Experimental investigation of the role of fluid turbulent stresses and edge plasma flows for intrinsic rotation generation in DIII-D H-mode plasmas

The first measurements of turbulent stresses and flows inside the separatrix of a tokamak H-mode plasma are reported, using a reciprocating multitip Langmuir probe at the DIII-D tokamak. A strong co-current rotation layer at the separatrix is found to precede intrinsic rotation development in the core. The measured fluid turbulent stresses transport toroidal momentum outward against the velocity gradient and thus try to sustain the edge layer. However, large kinetic stresses must exist to explain the net inward momentum transport leading to co-current core plasma rotation. The importance of such kinetic stresses is corroborated by the success of a simple orbit loss model, representing a purely kinetic mechanism, in the prediction of features of the edge corotation layer.     

HL－1M感应与低杂波组合电流驱动研究

本文结合ＨＬ－１Ｍ的基本参数，利用准线性的低杂波电流驱动理论和等离子体的电回路方程．研究了在控制等离子体总电流不变情形下欧姆感应和低杂波注入组合驱动电流的问题。结果表明，这一组合驱动方案对ＨＬ－１Ｍ装置的运行是可行的，其驱动电流分布可以通过改变低杂波注入功率、波谱形状、等离子体电子温度、密度以及总等离子体电流等加以控制。组合驱动的电流分布将优于欧姆驱动的电流分布，并可能抑制诸如锯齿振荡等一些ＭＨＤ不稳定性。