【摘 要】
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等离子体转动能稳定宏观流体动力学不稳定性,抑制微观湍流输运,是托卡马克实现高参数稳定运行的关键。因外部动量注入无法满足驱动未来聚变堆(如ITER和CFETR装置)等离子体转动的需求,等离子体自发/本征转动是否能提供必要的速度成为人们研究的热点。目前大多数观点认为本征转动的源项主要来自于等离子体边界,许多托卡马克都有应用共振磁扰动(RMP)来优化边界磁场位形。本文研究RMP所产生的边界磁岛对等离子体
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等离子体转动能稳定宏观流体动力学不稳定性,抑制微观湍流输运,是托卡马克实现高参数稳定运行的关键。因外部动量注入无法满足驱动未来聚变堆(如ITER和CFETR装置)等离子体转动的需求,等离子体自发/本征转动是否能提供必要的速度成为人们研究的热点。目前大多数观点认为本征转动的源项主要来自于等离子体边界,许多托卡马克都有应用共振磁扰动(RMP)来优化边界磁场位形。本文研究RMP所产生的边界磁岛对等离子体转动的影响,一方面有助于了解等离子体对RMP的响应,促进其对边界磁场位形的优化;另一方面积累了磁岛对转动作用的数据,拓展对等离子体转动驱动机制的认识。本文基于J-TEXT托卡马克的边界转动诊断系统(ERD),对采用RMP穿透方式分别激发静止2/1和3/1磁岛时边界转动的变化进行了研究。在2/1磁岛产生的情况下,观察到碳V杂质环向转动在锁模穿透期间发生显著变化,从反电流方向变为同电流方向。RMP电流强度越大,转动变化越大;当RMP电流强度相同时,不同相位下转动速度的变化幅度也有所差异。基于流体动力学理论,利用径向力平衡方程,对环向转动、极向转动以及垂直速度的关系进行了印证。对环向转动速度在锁模穿透期间显著变化的现象进行了初步分析并认为:理论上锁模穿透会因改变径向电场E_r,进而驱动极向转动发生变化,然而实际上极向转动由于极向流阻尼作用不会产生较大变化,因此需要环向转动速度足够大,才能平衡速度的垂直分量。在3/1磁岛产生的情况下,观察到锁模对碳V杂质的转动影响较小,但对分布在更靠边界区域的碳III杂质作用明显。在实验中通过扫描RMP不同相位,观察到穿透前后环向转动的变化?V与观测弦和磁岛的相对位置有一定相关性:越接近磁岛的O点,磁岛对等离子体环向转动的作用越明显。初步分析认为环向转动受磁岛区域流的不对称性影响。
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