J-TEXT邊界等離子體環(huán)向轉(zhuǎn)動(dòng)的偏壓調(diào)制實(shí)驗(yàn)研究.pdf

1、環(huán)向轉(zhuǎn)動(dòng)對(duì)于托卡馬克等離子體而言具有重要的作用。一方面，環(huán)向轉(zhuǎn)動(dòng)及其剪切可以增強(qiáng)內(nèi)部輸運(yùn)壘、驅(qū)動(dòng) Er×B剪切流并抑制微觀不穩(wěn)定性（湍流），從而改善等離子體的約束狀態(tài)；另一方面，足夠強(qiáng)的環(huán)向轉(zhuǎn)動(dòng)還可以抑制一些危害性極大的宏觀磁流體不穩(wěn)定性，包括新經(jīng)典撕裂模和電阻壁模，因而有利于裝置的穩(wěn)態(tài)運(yùn)行。因此如何充分了解環(huán)向轉(zhuǎn)動(dòng)的物理過程，并以此為基礎(chǔ)實(shí)現(xiàn)對(duì)環(huán)向轉(zhuǎn)動(dòng)剖面的優(yōu)化和控制，成為托卡馬克物理研究的一項(xiàng)重要內(nèi)容。目前，環(huán)向轉(zhuǎn)動(dòng)相關(guān)的物理研究仍

2、存在不少難點(diǎn)，其中包括了本征環(huán)向轉(zhuǎn)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)機(jī)理以及環(huán)向動(dòng)量輸運(yùn)過程。
　　本文以J-TEXT裝置作為實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，對(duì)等離子體邊界的本征轉(zhuǎn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)機(jī)理和動(dòng)量輸運(yùn)過程展開了實(shí)驗(yàn)研究。作為實(shí)驗(yàn)研究的基礎(chǔ)，本文在J-TEXT托卡馬克上設(shè)計(jì)并建立了一套偏壓電極系統(tǒng)。偏壓電極系統(tǒng)作為實(shí)驗(yàn)調(diào)節(jié)手段，一方面可以改變邊界的Er×B流剪切，另一方面還可以作為外加局部動(dòng)量源，改變邊界的環(huán)向轉(zhuǎn)動(dòng)。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，在正、負(fù)極性的偏壓電極下，等離子體的（主要是粒子）約束

3、性能均可被改善，伴隨著邊界徑向電場(chǎng)Er剪切的明顯增強(qiáng)以及湍動(dòng)粒子輸運(yùn)通量的抑制。J-TEXT邊界本征環(huán)向轉(zhuǎn)動(dòng)是朝向同電流方向的。偏壓電極可有效改變邊界環(huán)向轉(zhuǎn)動(dòng)：正偏壓下，邊界環(huán)向轉(zhuǎn)動(dòng)向同電流方向變化，負(fù)偏壓下則向反電流方向變化；統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示邊界環(huán)向轉(zhuǎn)動(dòng)與偏壓電流大小基本呈線性關(guān)系。在不同偏壓條件下，（環(huán)向）雷諾協(xié)強(qiáng)項(xiàng)始終主導(dǎo)了湍動(dòng)動(dòng)量輸運(yùn)過程。隨著局部徑向電場(chǎng) Er剪切的增強(qiáng)，雷諾協(xié)強(qiáng)和湍動(dòng)動(dòng)量輸運(yùn)通量均顯著減小，反映了 Er剪切對(duì)局部

4、湍動(dòng)輸運(yùn)的普適的抑制作用。實(shí)驗(yàn)中通過加負(fù)偏壓（偏壓電流約-60A），成功地置零了邊界環(huán)向轉(zhuǎn)動(dòng)，并分別測(cè)得了邊界殘余協(xié)強(qiáng)和本征力矩密度的分布。將殘余協(xié)強(qiáng)對(duì)應(yīng)的力矩密度與本征力矩密度進(jìn)行直接對(duì)比后，發(fā)現(xiàn)兩者能較好地相符，從而為“殘余協(xié)強(qiáng)驅(qū)動(dòng)本征轉(zhuǎn)動(dòng)”這一理論預(yù)言提供了直接的實(shí)驗(yàn)證據(jù)?；谖_法，利用偏壓電極調(diào)制，初步估算了局部等離子體（歸一化小半徑ρ=0.68–0.9）環(huán)向動(dòng)量輸運(yùn)系數(shù)（包括擴(kuò)散系數(shù)χφ和對(duì)流速度Vconv）的徑向分布。結(jié)果