托卡马克边缘湍流中带状流的负粘滞阻尼

基于Hasegawa-Wakatani湍流模型,数值模拟了托卡马克边缘等离子体中漂移波湍流和相关的反常粒子输运。从等离子体动量守恒方程出发导出了不采用常规的布辛涅斯克近似的带状流方程,论证了大振幅密度扰动和湍性粒子流对激发带状流的贡献可等效地对应于低阶负粘滞阻尼效果。数值模拟表明,大振幅密度扰动的非线性大大增强了带状流饱和振幅,从而有效抑制了湍性粒子输运。研究结果阐明了托卡马克边缘等离子体大振幅密度扰动的非线性对驱动等离子体旋转、动量输运和带状流的重要性。     

HL—1装置边缘扰动谱的初步分析

一、引言目前许多实验都已证实托卡马克边缘扰动对等离子体的反常输运有重要的影响,由于扰动而产生的反常粒子输运流大约在玻(王母)扩散量级,而且,边缘扰动的大小、湍流频谱和波数谱的宽度对约束时间的影响很大。用探针对边缘等离子体进行湍流扰动分析已在许多托卡马克实验中进行过,用静电探针得到的电子密度扰动n和悬浮电位扰动,可以估计出扰动产生的粒子输运通量。本文主要给出了一套静电探针系统及其数据获取和频谱分析方法,     

逆磁效应对交换模湍流产生的带状流的影响

运用并扩展了Guzdar等人提出的一种简单的低维模型, 讨论了交换模湍流中的非线性逆磁效应对带状流产生的影响,通过对非线性演化方程的数值计算,得到如下结论：逆磁效应能抑制通常的（雷诺胁强驱动的）极化非线性效应,由此导致带状流的阻尼. 关键词： 托卡马克等离子体 交换模湍流 带状流 逆磁效应     

磁场剪切对离子温度梯度模带状流产生的影响

对离子温度梯度模湍流非线性流体方程进行了解耦处理,得到包含磁场剪切效应的带状流与漂移波相互作用的非线性动力学方程.采用调制不稳定性的四波相互作用模型,研究了磁场剪切对带状流产生的影响.研究表明,在k_//值较小的范围内,当|k_//|增加时,带状流的增长率也呈增加的趋势. 关键词： 托卡马克等离子体 离子温度梯度模湍流 带状流 磁场剪切     

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。     

在HT-7托卡马克上密度扫描实验中的边界湍流和输运

在HT-7托卡马克上密度扫描实验中使用一个快速扫描气动朗缪尔探针来研究边界湍流和输运。随着中心弦平均等离子体密度的增加，在等离子体边界观察到径向电场剪切增强，径向电场的增强能够解释边界输运的减小和全局粒子约束的改善。粒子约束时间的增加和垂直扩散系数的减小证明粒子输运降低了。在等离子体边界区域发现电离和辐射驱动湍流的特征，表明电离和辐射在湍流驱动过程中具有重要性。     

HL-2A装置密度极限附近边缘剪切流和极向剩余胁强的实验研究

报道了HL-2A装置密度极限附近边缘剪切流和极向剩余胁强的最新实验研究结果。研究发现,等离子体密度向Greenwald密度靠近时,等离子体响应由绝热响应向流体动力学响应转变,导致湍流雷诺胁强中的非扩散项——剩余胁强降低,其径向梯度表征的等离子体自发旋转力矩显著降低。边缘极向流的湍性驱动降低进一步导致边缘E×B极向流剪切强度减弱。这些实验结果证明了湍流剩余胁强的降低是导致托卡马克密度极限附近边缘极向剪切层崩塌的关键因素。     

HT-7超导托卡马克边缘涨落谱特征及湍流输运研究

用郎缪尔三探针对HT-7超导托卡马克边缘等离子体涨落进行了高时空分辩测量.给出了欧姆放电下涨落幅度的径向分布、谱特征及传播特性.实验观察表明,在由E_r×B确定的极向旋转速度剪切层附近,等离子体电位、电子温度和电子密度的相对涨落水平和两两间的相干系数均有明显下降,其极向互相关函数亦减小,这说明剪切层对涨落具有去相关作用.由涨落驱动的径向局域粒子输运通量Γ_tur测量显示出湍动输运具有时间上的阵发特性。将悬浮电位涨落φ_f2的自动率谱P_{( 关键词： 托卡马克 边界涨落 湍流输运}     

用静电探针反馈控制KT—5C托卡马克边缘湍流

在ＫＴ－５Ｃ托卡马克上，利用两组边缘静电探针分析作为控制探针和探测探针进行了反馈控制边缘湍流的实验，在适当的回路增益下的，当系统相移为９０°时，反馈使湍动幅度明显地抑制，电子密度和电子温度扰劝均降低了约２５％，横向粒子输运通量也相应地降低了２５％，而相移为０°，１８０°和－９０°的反馈却使湍动幅度增强，这显示反馈是基于一种非线性机制而作用于湍动的，在一定意义上，这正体现了湍流本身的非线性特征。     

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基于托卡马克实验的L-H模转换过程中等离子体的输运特征,建立了一种简化的非线性等离子体输运模型。通过数值求解输运方程,得到了等离子体稳态温度分布剖面,成功模拟了托卡马克边缘输运势垒(ETB)的形成以及高辅助加热功率下的内部输运势垒(ITB)现象,并对比了有无输运势垒两种情况下托卡马克的能量约束效率。     

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用中平面往复快速扫描6探针组观测HL-2A装置边缘等离子体的扰动特性。在一次放电中能测量到边缘等离子体参数的时空分布及其涨落量，雷诺胁强与极向流和带状流的关系，以及静电涨落驱动的粒子通量和热通量的径向变化。在多发弹丸注入(MPI)和多脉冲超声分子束注入(SMBI)条件下，研究了边缘参数的涨落和相关特性。实验结果表明：SMBI和MPI等注入手段改变了边缘的扰动特性；雷诺胁强的径向梯度可以驱动带状流，抑制湍流输运。     

Multiscaling dynamics of impurity transport in drift-wave turbulence

Intermittency effects and the associated multiscaling spectrum of exponents are investigated for impurities advection in tokamak edge plasmas. The two-dimensional Hasagawa-Wakatani model of resistive drift-wave turbulence is used as a paradigm to describe edge tokamak turbulence. Impurities are considered as a passive scalar advected by the plasma turbulent flow. The use of the extended self-similarity technique shows that the structure function relative scaling exponent of impurity density and vorticity follows the She-Leveque model. This confirms the intermittent character of the impurities advection in the turbulent plasma flow and suggests that impurities are advected by vorticity filaments.     

使用基于动态程序规划的时间延迟法分析直线磁化等离子体漂移波湍流角向传播速度和带状流结构

对等离子体湍流速度场的有效探测,有助于更加深入了解磁约束等离子体湍流以及实现对某些理论预言现象和结构(如带状流)的充分辨识.本文将基于动态程序规划的时间延迟估算技术成功应用于直线磁化等离子体装置中热阴极放电条件下的漂移波湍流角向速度涨落的实验分析,并且其结果清晰再现了漂移波湍流中通过非线性能量耦合自发产生的带状流结构.通过对采用不同频段等离子体湍流涨落通过基于动态程序规划的时间延迟估算分析所再现的带状流结构特征进行比较,进一步就该算法对载波信号中非相干噪声相对水平的抗干扰能力进行了定性评估.这些工作的成功开展,对于通过采用基于动态程序规划的时间延迟估算分析技术更为深入有效探索磁约束等离子体湍流行为特征,尤其是速度涨落场的演化提供了重要的借鉴和参考价值.     

基于电阻性交换模湍流的环带流动力学

基于电阻性交换模湍流研究了托卡马克等离子体中的环带流激发动力学.利用低自由度近似 对电阻性交换模湍流 环带流系统做了解析和数值求解.结果表明，在足够强的压力梯度（ 驱动力）情况下，电阻性交换模湍流将激励出大尺度环带流或振荡型环带流. 关键词： 等离子体 电阻性交换模湍流 环带流     

Signature of turbulent zonal flows observed in the DIII-D tokamak

The spectrum of turbulent density fluctuations at long poloidal wavelengths in the edge plasma of the DIII-D tokamak peaks at nonzero radial wave number. The associated electric-potential fluctuations cause sheared E x B flows primarily in the poloidal direction. These zonal flows have been predicted by theory and are believed to regulate the overall level of turbulence and anomalous transport. This study provides the first indirect experimental identification of zonal flows.     

等离子体湍流理论研究的最新进展

评述和分析了磁约束核聚变理论研究、数值模拟和实验研究等方面最近几年共同关心的一个重要问题——寻找托卡马克等离子体湍流中的带状剪切流（zonal flows）。简要介绍了作者最近对电阻性-重力模湍流中的带状剪切流的研究结果。 Progress of the research on the zonal flows in tokamak plasma turbulence is surveyed, especially it is reviewed that the zonal flows observed in the experiments and numerical simulations on atmosphere turbulence and ocean turbulence and the discovery of H-mode in tokamak experiments how lead the researchers in magnetic confinement fusion community to find out the existence of the zonal flow in tokamak plasma turbulence and subsequently give the experimental verification of its existence. Finally, the results of our research on zonal flow generation and evolution in resistive-g mode turbulence are presented in brief.     

Turbulent saturation of tokamak-core zonal flows

Current theories of zonal flow dynamics focus on the transport of poloidal momentum. Different from a cylinder, stationary poloidal flows in a tokamak are accompanied by (possibly kinetic) flows along the magnetic field, which maintain incompressibility, and comprise the major part of the flow energy. In numerical turbulence studies, the flows saturate by the turbulent diffusion of the parallel flow, whereas the poloidal momentum transport continues to strongly drive the flows.     

基于谱估计方法的等离子体湍流三波耦合数据处理算法

基于数字谱分析技术求解波耦合方程,进而计算与三波相互作用相关联的线性耦合系数和能量转移,以此开发了数据处理程序用于研究HL-2A 装置等离子体边缘湍流中的非线性能量传递过程。介绍了算法设计和开发的主要思想。应用该程序对与带状流相关的一次放电的实验数据进行了数据处理研究。结果表明,带状流是由等离子体湍流的能量逆级联所驱动的。