EAST托卡馬克高約束模式下金屬雜質(zhì)行為研究.pdf

1、將來聚變采用高參數(shù)、穩(wěn)態(tài)和長(zhǎng)脈沖運(yùn)行時(shí)，等離子體芯部高Z雜質(zhì)的聚芯必須要得到有效的控制。高Z金屬雜質(zhì)一旦聚芯就會(huì)對(duì)等離子體帶來十分嚴(yán)重的危害。存在的高Z金屬雜質(zhì)不僅會(huì)稀釋主離子的濃度，雜質(zhì)聚芯還會(huì)導(dǎo)致大量的等離子體輻射能量損失，嚴(yán)重惡化芯部等離子體約束，并降低聚變反應(yīng)功率密度，影響高參數(shù)、穩(wěn)態(tài)和長(zhǎng)脈沖的等離子體運(yùn)行。
　　高Z金屬雜質(zhì)行為的研究依賴于東方超環(huán)(EAST)裝置上雜質(zhì)相關(guān)的診斷系統(tǒng)的發(fā)展。本文重點(diǎn)介紹了EAST裝置上新

2、發(fā)展三套極紫外(EUV)光譜儀（EUV_Long/EUV_Shorrt/EUV_Long2），EUV譜儀可以給出等離子體中雜質(zhì)高階電離態(tài)輻射信息，是用于芯部高Z雜質(zhì)輸運(yùn)研究的重要診斷，已經(jīng)完成了波長(zhǎng)和強(qiáng)度標(biāo)定與譜線識(shí)別、二級(jí)庫建設(shè)和數(shù)據(jù)共享。除此以外，EAST裝置上新發(fā)展的濾光器(Filterscope)和多道光纖光譜儀(OSMA)可見光譜診斷系統(tǒng)可以用于研究邊界的雜質(zhì)行為，是研究雜質(zhì)源項(xiàng)信息的重要手段;可見軔致輻射診斷(VB)可以給出

3、等離子體有效電荷數(shù)Zeff，用于裝置整體雜質(zhì)水平的評(píng)價(jià);輻射量熱儀(Bolometer)和軟X射線(Soft X-ray)等診斷系統(tǒng)可以給出等離子體中總的雜質(zhì)輻射水平和分布;而依托這些診斷系統(tǒng)，通過分析研究等離子體中的雜質(zhì)行為，有助于了解雜質(zhì)輸運(yùn)的機(jī)制，從而找到用于控制雜質(zhì)聚芯的有效途徑，為高參數(shù)、長(zhǎng)脈沖穩(wěn)態(tài)等離子體運(yùn)行創(chuàng)造條件。
　　本文對(duì)EAST裝置中性束(NBI)主導(dǎo)加熱高約束模（H模）下的鎢(W)雜質(zhì)行為進(jìn)行了分析研究。N

4、BI加熱總是會(huì)引入鎢雜質(zhì)，同時(shí)常常觀察到鎢雜質(zhì)的聚芯并會(huì)嚴(yán)重影響H模的約束性能和參數(shù)分布。研究發(fā)現(xiàn):鎢雜質(zhì)的濃度會(huì)隨著射頻波(RF)加熱功率和邊界局域模(ELM)頻率的增大而降低;在有新經(jīng)典撕裂模(NTM)的H模放電中，鎢雜質(zhì)聚芯程度大大減弱，但是等離子體的約束性能也同時(shí)受到限制，而存在邊界密度擾動(dòng)(EDF)的H模放電中，鎢雜質(zhì)濃度和聚芯程度得到了有效的控制并能維持很好的等離子體約束性能;EAST裝置上集成型小ELM (ISE)H模作為

5、新的運(yùn)行模式，可以獲得很好的約束性能，同時(shí)具備較低的雜質(zhì)水平和鎢雜質(zhì)約束時(shí)間，將是高參數(shù)、穩(wěn)態(tài)和長(zhǎng)脈沖運(yùn)行的一種理想模式。分析表明雜質(zhì)輸運(yùn)與邊界安全因子(q95)和總的加熱功率密切相關(guān)，在高q95和高功率加熱時(shí)，雜質(zhì)輸運(yùn)明顯增強(qiáng)。并在低q95實(shí)驗(yàn)中采用環(huán)向模數(shù)n=1的共振磁擾動(dòng)（RMP），在相位差＞180°時(shí)實(shí)現(xiàn)了對(duì)鎢雜質(zhì)濃度的有效控制。
　　此外，本文首次在EAST裝置上利用自發(fā)的瞬態(tài)雜質(zhì)擾動(dòng)研究了鐵(Fe)和銅(Cu)在低雜波

6、(LHW)加熱條件下、無鋸齒等離子體中的雜質(zhì)約束特性。文中分別研究了歐姆和LHW加熱低約束模（L模）的雜質(zhì)約束時(shí)間對(duì)等離子體參數(shù)的依賴關(guān)系，結(jié)果表明LHW可以有效的降低雜質(zhì)約束時(shí)間，并由此給出了符合EAST的雜質(zhì)約束時(shí)間定標(biāo):42I0.32PB0.2t-0.43ne P-0.4total，比較發(fā)現(xiàn)這一定標(biāo)關(guān)系更靠近法國(guó)的Tore Supra裝置和歐共體的JET裝置定標(biāo)律。分析LHW加熱的H模下的雜質(zhì)約束時(shí)間發(fā)現(xiàn)在高再循環(huán)(HER)H模放