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EAST芯部小尺度湍流研究取得系列新进展
文章来源: 吴国将 发布时间: 2020-05-13

  EAST装置二氧化碳激光相干散射诊断是立足于国内科技完全自主研制的电子模小尺度湍流诊断系统。该诊断可以对EAST装置芯区和边区的k=12cm-1、k =22cm-1波数的电子模湍流进行同步监测,在同类诊断中处于国际领先水平。日前依托该诊断,EAST芯部小尺度湍流研究取得系列新进展。

  从2012年至今,依托该诊断已发表10多篇期刊论文,取得了一些对聚变研究的发展具有重要影响作用的成果。托卡马克装置中燃烧等离子体反应率(nτETi)的控制问题是聚变研究的前沿课题。在EAST装置2018年度稳态中性束功率注入实验中,EAST团队发现调制的电子回旋加热脉冲,能改变芯区电子模湍流强度,产生湍流强度调制,导致芯区的等离子体极向旋转速度的调制,观察到相应的芯区等离子体密度峰化调制的实验现象[Li P, Li Y D, Li J G,et al Nuclear Fusion 60 066001(2020)]。通过聚变装置芯区峰化的等离子体密度的频率及强度的调制,可控制<nτETi>的平均值,这是一种可能的直接调节托卡马克装置聚变反应率的新思路、新方法。

  托卡马克装置芯部燃烧等离子体的物理特征为低碰撞率,EAST团队发现了芯区低碰撞率条件下电子模湍流与内扭曲模耦合的实验现象[Sun P J, Li Y D, Ren Y, et al,.Nuclear Fusion 58 016003 (2018)]。在托卡马克装置低碰撞率、高参数等离子体状态,小尺度湍流可能与低阶MHD耦合,产生自由能交换,可能导致低阶MHD破裂;由于小尺度湍流导致横越磁力线的输运,可使低阶MHD 失稳以致产生撕裂模现象。驱动小尺度湍流的最有效驱动源是等离子体密度梯度,在托卡马克装置有意义的高参数运行状态,要考虑qmin<3区域的等离子体密度梯度的因素。

  此外,EAST团队在电子模湍流与阿尔芬本征模相互作用、切向湍流和极向湍流对能量约束的影响、电子模湍流在约束模式转换过程中的非线性演化过程和电子模湍流的特征等多个问题上开展了研究。湍流输运将主导ITER-like反应堆芯部的等离子体输运,课题组研究工作及长期积累的实验经历有助于对托卡马克装置等离子体的电子热输运、与电子模湍流相关的多尺度物理等前沿研究课题进行有效的探索。

  文章链接:

  https://doi.org/10.1088/1741-4326/ab796c 

  https://doi.org/10.1088/1741-4326/aa8a91 

   

  图 1 二氧化碳激光相干散射诊断系统

   

  图 2 芯部密度峰化调制实验

   

  图 3 内扭曲模与湍流耦合实验

 附件:

   
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