托卡馬克邊緣等離子體絲狀結(jié)構(gòu)輸運的研究.pdf

1、絲狀結(jié)構(gòu)廣泛存在于托卡馬克邊緣區(qū)和刮削層(SOL)區(qū)域（主要是壞曲率區(qū)），其密度和溫度高于SOL本底參數(shù)，并且呈現(xiàn)出陣發(fā)性爆發(fā)的特點。在徑向和極向上，這種結(jié)構(gòu)一般具有比湍流更大的空間尺度（幾個毫米到幾個厘米），并且沿磁力線延展，其環(huán)向相關(guān)長度甚至可達(dá)到幾十米。并且，這種結(jié)構(gòu)的存在時間一般可以達(dá)到數(shù)十個到幾百個微秒。它在產(chǎn)生環(huán)向粒子輸運的同時，也會產(chǎn)生徑向輸運。其徑向輸運距離數(shù)倍于自身徑向尺度，甚至更遠(yuǎn)。因此，一般認(rèn)為，絲狀結(jié)構(gòu)是托卡馬克

2、邊緣和SOL區(qū)域?qū)α鬏斶\的主要貢獻(xiàn)者之一。而根據(jù)形成機制的不同，絲狀結(jié)構(gòu)可分為blob和ELM-filament兩種。
　　在HL-2A裝置上，我們利用多種位形的靜電探針測量絲狀結(jié)構(gòu)的傳播特征，對blob和filament的特征尺度，存在時間，環(huán)向和徑向速度進(jìn)行了統(tǒng)計。并在傳統(tǒng)的基于密度/離子飽和流提取絲狀結(jié)構(gòu)方法上，發(fā)展了兩種新的提取絲狀結(jié)構(gòu)的方法:其中一種是基于懸浮電位提取絲狀結(jié)構(gòu)。利用這一方法并結(jié)合4×4探針陣列，我們成功測

3、量到了blob和ELM-filament在10mm×12mm視窗下的二維傳播過程，驗證了絲狀結(jié)構(gòu)徑向傳播的E×B驅(qū)動機制;另一種方法則是基于絲狀結(jié)構(gòu)徑向速度提取絲狀結(jié)構(gòu)。我們利用極向耙式探針成功對ELM-filament速度結(jié)構(gòu)和電位結(jié)構(gòu)進(jìn)行二維反演，并觀測到ELM-filament電位的雙極分布和由此形成上下反向速度渦旋對。
　　隨后，我們研究了ELM-filament在超聲分子束/彈丸注入前后統(tǒng)計特征的變化。盡管這兩種注入方式

4、在注入深度、注入粒子溫度以及注入粒子數(shù)等方有著很大的差異，但在粒子注入后均觀察到:1.具有大密度擾動振幅的ELM-filament的爆發(fā)頻率降低:在選取閾值δne/σ=4條件下，超聲分子束住入后ELM-filament爆發(fā)頻率從～2.7kHz下降至～1.8kHz，而彈丸注入后其爆發(fā)頻率從～4.1kHz下降至～2.2kHz，這表明ELM-filament的密度擾動振幅在兩種情況下均被緩解;2.ELM-filament的徑向平均速度也在超聲

5、分子束/彈丸注入后降低:在超聲分子束注入情況下從～2.9km/s降低至～1.9km/s，在彈丸注入情況下從～3.8km/s降低至～2.6km/s。同時，通過條件平均方法計算得到的ELM-filament的懸浮電位特征波形顯示其電位的雙極結(jié)構(gòu)減弱，暗示了ELM-filament徑向速度的降低源于自身電荷極化的降低。而進(jìn)一步的統(tǒng)計結(jié)果表明ELM-filament密度的降低和溫度的降低都是導(dǎo)致這一變化的原因;3.由于ELM-filament的

6、密度振幅，速度都被在超聲分子束/彈丸注入后降低，其引發(fā)的瞬間的陣發(fā)性大幅度徑向粒子通量和熱通量也都出現(xiàn)大幅降低。兩種情況下其降幅均超過50％;4.在超聲分子束/彈丸注入后，ELM-filament靶板—中平面相關(guān)性大幅降低，與此同時，偏濾器本底溫度降低，密度升高，離子-電子碰撞率迅速升高。這一現(xiàn)象可以用:“離子-電子碰撞率升高(→)等離子體平行電阻增強(→)ELM-filament平行電流降低(→)ELM-filament沿磁力線長程相