EAST弯晶谱仪高性能升级及离子回旋波驱动旋转的实验研究

发布时间：2020-11-07 08:52

　　 等离子体旋转在L-H转换、抑制湍流以及内部输运垒的形成中起着重要的作用。本论文针对离子回旋驱动等离子体旋转这一物理问题,完成了EAST装置上射频波等离子体旋转测量诊断弯晶谱仪诊断系统的升级和调试工作,并利用EAST实验诊断数据对离子回旋波驱动的等离子体环向旋转进行了深入的实验研究,为离子回旋波旋转驱动的物理机制探索累积了丰富的实验数据。诊断方面,在原有弯晶谱仪技术基础上进行了减震系统、探测器和双晶体系统、以及X射线管波长标定系统的升级。首先利用波纹管系统和光学平台进行减震处理,消除了震动对系统速度测量带来的影响;设计和安装了高精度晶体支撑系统以及探测器水平移动导轨系统,提高了晶体调节的精度和探测器水平位置移动的灵活性,可根据实验进行测量位置的调整;极向弯晶谱仪系统探测器升级为大面积固体水冷探测器,拓宽了有效探测面积,并能够稳定运行于EAST长脉冲放电中;对双晶体系统进行了升级,利用类氦氩光谱和类氖氙光谱同时进行低温度区域和高温度区域的参数测量,将温度测量范围提高至10 keV;提出了基于X射线管系统的弯晶谱仪实时、全空间波长标定方案,并通过台面测试,验证了方案的可行性。实验研究方面,在不同放电条件下发现了离子回旋波驱动了不同方向的环向旋转。在欧姆条件下发现,离子回旋波注入后ρ～0.3区域的离子温度梯度明显增加,旋转速度在ρ0.3区域内明显朝同电流方向增加,在ρ0.35区域有向反电流方向变化的趋势;在低杂波电流驱动等离子体中,观测到了离子回旋波驱动的同电流和反电流方向的变化,并且观测到离子回旋波驱动旋转对等离子体参数的敏感性,安全因子不是影响离子回旋波驱动等离子体旋转的主导因素;在H模放电中,ELM出现后再循环增加,中性粒子浓度上升,导致了旋转速度降低,芯部旋转的变化是等离子体约束变化带来的结果;在反向中性束注入背景下,离子回旋波注入后,靠外区域的旋转首先向同电流方向变化,随后芯部的旋转才开始变化,并且发现离子回旋波注入后,快离子行为产生了变化;而在同向中性束背景等离子体中发现,越靠近芯部的旋转向反电流方向变化越大,ρ0.6区域旋转有向同电流方向变化的趋势。
【学位单位】：中国科学技术大学
【学位级别】：博士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TL631.24
【部分图文】：

第一章绪论示了影响动量输运的一些关键因素［１６１。其中驱动因素，也包括反电流方向的驱动；而阻尼因素则总是使旋转驱动机制，主要有波纹损失（ｒｉｐｐｌｅ?ｌｏｓｓ）、ＮＢＩ带来的直加热引起的快离子相关效应；对于阻尼机制，主要有主离子与中性粒子碰撞造成的粘滞效应。这些驱动力（Ｒｅｙｎｏｌｄｓ?ｓｔｒｅｓｓ）共同作用于等离子体使得速度剖面到平含了角动量径向输运的物理机制。由于角动量守恒，雷除非角动量在最外层闭合磁面（Ｌａｓｔ?Ｃｌｏｓｅｄ?Ｆｌｕｘ?Ｓｕｒｆａｃｅ，?Ｌｐｅ－ＯｆｆＬａｙｅｒ，ＳＯＬ）等离子体。另一方面，如果只考虑某输运，雷诺应力可能会对该类离子产生净动量，因为角总体守恒，这种湍流输运效应会引起不同离子之间的环Ｄｒｉｖｉｎｇ?ｍｅｃｈａｎｉｓｍ?Ｄａｍｐｉｎｇ?ｍｅｃｈａｎｉｓｍ??

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本文编号：2873717