EAST上共振磁扰动对边界磁场拓扑结构与热输运影响的研究

发布时间：2020-05-25 11:16

【摘要】：在当前托卡马克的实验中,边界局域模是在高约束模式放电下出现的一种磁流体不稳定性。共振磁扰动作为边界局域模控制的主要手段,其控制机制尚不清晰。共振磁扰动对磁场拓扑结构改变被认为是控制机制中的重要因素。本文基于EAST装置,在共振磁场扰动控制边界局域模的实验中,靶板粒子负荷的三维分布特征以及对电子热输运的增强都验证了磁场拓扑结构的改变,为进一步理解拓扑结构改变在边界局域模的控制机制中的作用打下基础。通过混合模数的共振磁扰动对靶板上的粒子负荷影响的研究,验证了磁场拓扑结构的改变,并通过旋转其中n=2的分量实现对靶板粒子流的动态控制,与模拟计算结果符合较好。在施加扰动场后,观察到离子饱和流的打击点分裂和三维分布现象。通过旋转其中环向模数为n=2的分量,实现了对第二打击点处靶板粒子流的在靶板的动态控制,这将有助于在控制靶板处的局域的功率沉积。实验结果与利用磁力线追踪程序TOP2D给出的真空场靶板磁足迹分布有很好的一致性。实验中还观察到,当共振磁扰动边界局域模没有完全抑制的情况下,每一次边界局域模爆发产生的粒子流脉冲会同时出现在主打击点和因磁扰动产生的次打击点的位置,表明边界局域模的产生的瞬态热流粒子流与三维磁场作用下的边界磁场拓扑结构具有一定的耦合关系。在实现了对边界局域模的缓解效果下,首次用边界局域模爆发带来的电子温度崩塌作为微小扰动的方法进行了热输运分析,结果显示共振磁扰动增强了等离子体边界处的热输运。首先针对电子温度扰动在径向传播的时间延迟进行分析,发现该过程不受RMP的影响,且传播速度不具有热输运的特征,考虑该过程可能为边界局域模自身的影响。通过对电子热平衡方程的简化和求解,分析了电子温度崩塌后的恢复过程,分析并利用恢复的特征时间来表征输运特征时间。结果表明,在边界区域处,RMP投入期间,输运特征时间明显变短,电子热输运增强。输运系数的增强随径向向外而增大,在边界可以达到3倍。靶板粒子负荷的三维分布特征以及对电子热输运的增强反映了边界拓扑结构的改变,为进一步开展边界局域模控制机制的研究打下基础,也在工程上为靶板上功率沉积的控制提供了潜在的可行方案。
【图文】：

中垂,Z方向,面积元,常数

中垂直Z方向的阴

示意图,示意图,偏滤器位形,坐标系

图 1 平衡磁面示意图[26]构成的坐标系称为实验坐标系，对于二维平为等离子体磁面的极向截面。平衡磁场的结衡反演程序，如 EFIT[27]，给出。通过控制极现偏滤器位形，也是当前托卡马克中主要双零位形(Double Null，，DN)，上单零(Uppergle Null，LSN)等多种灵活的放电位形，如图
【学位授予单位】：东华大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TL631.24

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