EAST邊界密度和射頻波相互作用的實驗研究.pdf

1、射頻波電流驅(qū)動和加熱對于托卡馬克的穩(wěn)態(tài)高約束運行至關(guān)重要。在驅(qū)動等離子體電流或?qū)Φ入x子體進(jìn)行加熱之前，波會先在邊界和等離子體相互作用。尤其是用于電流驅(qū)動的低雜波對邊界的密度要求更為苛刻，它的邊界功率耦合和內(nèi)部電流驅(qū)動都與邊界的密度及其漲落有關(guān)，因此研究射頻波與邊界密度及漲落之間的相互作用對提高射頻波加熱和電流驅(qū)動能力具有十分重要的意義。全文主要根據(jù)低雜波天線探針測量的結(jié)果，圍繞低雜波、離子回旋波對邊界密度行為的影響開展相關(guān)的實驗研究和模

2、擬分析。主要內(nèi)容如下:
　　1)首次利用4.6GHz低雜波天線上、下探針研究了不同放電條件下（磁場方向、低雜波功率）天線附近的密度行為，發(fā)現(xiàn)了造成低雜波天線端口密度不均勻性和極向不對稱性的決定因素。通過分析2.45GHz和4.6GHz天線探針數(shù)據(jù)和可見相機(jī)圖像，對比兩套天線附近密度分布上的異同，并進(jìn)行了分析和模擬研究。低雜波功率引起的E×B對流效應(yīng)會影響天線附近密度的輸運過程，導(dǎo)致其密度分布的不均勻性和極向分布的不對稱性。進(jìn)一步分

3、析了E×B的極向分量和徑向分量、未擾動等離子體電勢、中性氣體電離等因素對密度分布的影響。模擬發(fā)現(xiàn)造成以上密度分布的決定性因素是E×B的徑向分量，徑向?qū)α鞣较蛟诓▽?dǎo)中心兩側(cè)是相反的，導(dǎo)致了偏離波導(dǎo)中心的密度“峰”、“谷”結(jié)構(gòu)。E×B的極向分量和未擾動等離子體電勢不會對密度的分布造成決定影響，它只會對E×B徑向分量導(dǎo)致的密度分布做出一定修正。考慮中性氣體的電離后，天線端口的密度整體增加，上、下探針處的密度隨功率的增加或減小的趨勢不再對等，使

4、模擬計算的結(jié)果更加接近實驗測量結(jié)果。
　　2)通過對探針離子飽和流、低雜波反射系數(shù)進(jìn)行高階矩統(tǒng)計、相干分析，研究H模放電對低雜波與等離子體耦合的影響。研究表明密度擾動和反射系數(shù)在高階統(tǒng)計屬性上（偏度）存在著反比關(guān)系;通過對離子飽和流進(jìn)行相干分析，發(fā)現(xiàn)了不同ELMs形態(tài)造成耦合差異的原因:低頻、大幅度ELMs的爆發(fā)使天線端口密度在單位時間內(nèi)增加的更多，導(dǎo)致此時低雜波耦合比高頻、小幅度ELMs和ELM-free時要好。這些分析為以前實

5、驗的統(tǒng)計結(jié)果提供了重要依據(jù)和數(shù)據(jù)支持。
　　3)通過對離子回旋波加熱時的探針離子飽和流進(jìn)行高階矩統(tǒng)計分析、相干分析和功率譜分析，首次對EAST上離子回旋波抑制間歇性爆發(fā)事件(“blobs”)進(jìn)行了研究，確定了兩套離子回旋天線抑制“blobs”的閾值功率范圍。研究發(fā)現(xiàn)與探針有磁鏈接的I窗口ICRF天線抑制“blobs”的閾值功率小于0.5MW，此時密度相對漲落下降達(dá)到45％，離子飽和流的幾率密度函數(shù)(PDF)接近于高斯分布;而與探針