J-TEXT托卡马克边界等离子体三维分布实验研究

发布时间：2020-11-17 08:38

　　 托卡马克中,环向磁场纹波、磁岛结构和外加磁扰动等都会破坏磁场的环向对称性从而引起三维磁场效应。已有研究表明,三维磁场效应会对托卡马克等离子体的约束性能产生很大影响,但其物理机制尚没有统一结论。因此,深入研究三维磁场效应对等离子体的影响对提升托卡马克的约束性能有着重要意义。本文以J-TEXT托卡马克装置为实验平台,对三维磁场下边界等离子体的湍流输运展开了实验研究。首先,为满足实验的诊断需求,本文建立了一套限制器靶板静电测量系统。该系统包括限制器极向朗缪尔探针阵列和限制器电流监测系统两个部分。探针阵列是一个矩形阵列,由54根镶嵌在限制器石墨瓦中的探针组成,用于测量等离子体参数。限制器电流监测系统由5个霍尔传感器组成,分别用于监测可移动限制器和南北真空室壁的电流。其次,本文重点研究了两种三维磁场位形下的湍流输运:等离子体自发产生的动态磁岛和外加静态扰动磁场(RMP)。结果显示,芯部2/1动态磁岛会调制边界的静电涨落,使之具有与磁岛相同的空间模式。静电扰动在径向上有一定的移相现象,表明除了边界磁拓扑的影响,受磁岛调制的湍流输运可能也会影响边界的静电扰动。外加3/1静态RMP的实验表明,RMP电流的幅度和相位都对边界等离子体静电湍流有很大影响。当施加2kA RMP电流,共振面附近的湍流会明显增强,同时该局部的输运水平也相应增加。当RMP电流增大(3/4kA)至穿透形成静态3/1磁岛时,磁岛附近的湍流会有很大变化:湍流的主要成分会由高频变成低频,带状流和测地声模会被抑制,同时阿尔芬本征模相关模被激发。另外,对比X点和O点附近的静电涨落发现,湍流主要集中在X点。同时输运水平也是如此,X点的粒子通量远大于O点,且主要分布在磁岛分界面内侧。该实验表明边界磁岛可以作为改善边界约束的一种手段。
【学位单位】：华中科技大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TL631.24
【部分图文】：

华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文强磁场对聚变等离子体进行约束，追求长时间、高密度核聚变反应的方式平稳量；惯性约束聚变则以强激光束聚焦于高密度的等离子体靶丸，使其在极短时引爆从而脉冲式地释放能量。虽然这两种途径的研究都取得了巨大进展，但要现聚变反应和聚变能应用仍有一定困难，二者目前在物理原理及工程技术方面着许多亟需解决的重大难题。托卡马克装置的出现开启了磁约束聚变研究的它最大的优点就是对核聚变反应物（等离子体）有很好的约束能力。现阶段的遍认为，托卡马克是最有希望首先实现受控核聚变发电的路线，它已成为国际究的主流。目前世界上最大的托卡马克装置国际热核试验堆 ITER 正在建设之成功运行必将对等离子体科学以及聚变研究产生重大而深远的影响。

JET[39]、MAST[40]等装置都发现当 ELM 被控制时，密度会明显温度上升（或下降），当时认为该现象是磁场随机化引起的。因场 Er被调制从而会在径向上产生带电粒子流，影响边界等离也可以用来解释 TEXTOR 上的实验结果，即在低约束模（L-m既可能引起密度上升也可能引起密度下降[42-44]。深入的研究表明输运实质上是由 RMP 的共振效应造成的[45]。后来实验又显示产生屏蔽电流，对磁拓扑进行修正[46]，因此等离子对 RMP 的上述的研究侧重点都是RMP引起的宏观方面的粒子输运，下面观粒子输运。RMP 对湍流有很强的作用并会改变边界径向电反方向增加[48-53]。静电湍流的强度和性质受 RMP 影响都会被子通量分布的改变[49]。实验还观测到测地声模（GAM）会随着升其特征频率 fGAM或被抑制[15, 54, 55]，实验结果[55]和理论研究与环向转动有很明显的依赖关系（见图 1-2）。

中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 形成电磁力矩，从而改变有理面附近的转动，再通过等散延伸到等离子体区[57]。很多装置上都开展了这方面的都有不同程度的减小甚至接近零[58, 59]，同时也有结果表体会改变方向朝着等离子体电流（Co-Ip）方向加速[60, 61
【参考文献】

相关博士学位论文 前2条

1 刘海;J-TEXT托卡马克上偏压电极驱动等离子体转动的特性研究[D];华中科技大学;2017年

2 孙岳;J-TEXT边界等离子体环向转动的偏压调制实验研究[D];华中科技大学;2015年

本文编号：2887293