J-TEXT上鋸齒振蕩行為的實驗研究.pdf

1、鋸齒振蕩是托卡馬克等離子體最重要的宏觀磁流體不穩(wěn)定性(MHD)之一。一方面，鋸齒崩塌會激發(fā)新經(jīng)典撕裂模（NTMs）的種子磁島，可能引發(fā)等離子體大破裂，對裝置造成巨大的破壞；另一方面，未來的聚變堆ITER需要鋸齒振蕩成為等離子體芯部向外排出氦灰的一種手段，因此需要研究鋸齒物理以實現(xiàn)鋸齒控制。為了研究共振螺旋場（RMPs）對鋸齒的影響，改造了J-TEXT上的軟X射線診斷系統(tǒng)，開發(fā)了J-TEXT上軟X射線輻射信號相關(guān)的數(shù)據(jù)處理程序，研究了J-

2、TEXT上歐姆放電中鋸齒特性的實驗研究，進行了外加共振螺旋場對鋸齒作用的實驗研究。
　　本文依托于J-TEXT托卡馬克裝置建設(shè)了五個軟X射線陣列，并完成了診斷配套的數(shù)據(jù)分析程序。1）軟X射線診斷包括三個成像陣列和兩個局域觀測陣列：探測器接收能量為0.5 keV-10 keV的軟X射線，其中成像陣列空間分辨率為1.5 cm，覆蓋了等離子體中鋸齒和m=1模影響的區(qū)域r<23cm（等離子體小半徑a=25-27 cm），另外兩個陣列的徑向

3、分辨率為0.5 cm，分別觀測r<15 cm和r>10 cm的MHD現(xiàn)象?；谲沊射線診斷數(shù)據(jù)，開發(fā)了相關(guān)的數(shù)據(jù)分析算法：使用兩點相關(guān)分析方法，得到了微弱信號在等離子體剖面上的相位分布，從而獲得了微弱信號的模數(shù)；利用雙譜分析的方法，獲得了1/1模和2/1模的模耦合信息；通過反演成像研究了鋸齒振蕩和1/1模的演化過程，研究鋸齒振蕩的基本物理特征。
　　本文研究了 J-TEXT上典型參數(shù)下的鋸齒崩塌，發(fā)現(xiàn)符合“不完全磁重聯(lián)模型”。J-

4、TEXT上的鋸齒周期范圍為1?6 ms，鋸齒崩塌時間為20-120μs，鋸齒前兆的1/1模頻率范圍為4?10kHz，而后續(xù)1/1模頻率范圍要比前兆模頻率要低2kHz，實驗中還發(fā)現(xiàn)雙鋸齒現(xiàn)象、m/n=2/2模以及鋸齒和撕裂模共存等實驗現(xiàn)象。軟X射線陣列信號經(jīng)過反演重建，得到了鋸齒振蕩過程的剖面演化。演化過程顯示在鋸齒崩塌過程中，等離子體中心q=1面內(nèi)存在有圓形的“熱芯”和“月牙形”的“冷島”。另外鋸齒崩塌后持續(xù)存在1/1模，說明崩塌前后等

5、離子體中心的安全因子 q0<1，因此這種鋸齒崩塌符合“不完全磁重聯(lián)模型”。
　　本文進行了螺旋場對鋸齒振蕩影響的探索性實驗研究，發(fā)現(xiàn)m/n=2/1和2/2螺旋場對鋸齒有影響，而1/1螺旋場的作用不明顯。（1）2/1螺旋場穿透時，會使鋸齒振蕩消失并激發(fā)1/1模。實驗研究發(fā)現(xiàn)，這類1/1模的頻率為1.3?3.2kHz，模頻率與電子密度成正比，它既可以與鎖住的2/1撕裂模共存，也可以與轉(zhuǎn)動的2/1模共存并存在耦合現(xiàn)象。（2）開展了m/n