J-TEXT托卡馬克邊緣靜電漲落和湍動輸運的實驗研究.pdf

1、托卡馬克實驗研究顯示，橫越磁場的粒子輸運和能量輸運明顯高于經典和新經典理論所預言的水平，這將會降低等離子體的約束性能，影響到未來聚變堆的經濟性和實用性。許多試驗研究顯示這種高度反常的輸運在裝置邊緣更為顯著，它主要是由靜電漲落引起的。但是產生反常輸運的物理機制至今仍不明確。為了理解反常輸運的物理機制，本文研究了J-TEXT 托卡馬克邊緣的靜電漲落和湍動輸運特性。這對理解反常輸運的物理機制，采取有效措施抑制等離子體湍流，提高等離子體約束具有

2、重要的現(xiàn)實意義。
　　 本文以兩套靜電探針系統(tǒng)作為主要診斷工具，首次對J-TEXT 托卡馬克邊緣的靜電漲落和湍動輸運進行了研究，并分析了靜電漲落中的間歇性爆發(fā)事件及其對輸運的影響，最后結合J-TEXT 托卡馬克等離子體為圓截面的特點，設計了一套極向探針陣列，用于研究靜電漲落和湍動輸運的極向分布特點，并分析了放電條件對等離子體參數極向分布的影響。主要的工作內容和實驗結果如下：
　　 (1)建立了一套手動探針系統(tǒng)和一套極向探

3、針陣列，并結合具體的實驗目標設計了多種探針結構，例如四探針、一維徑向和極向探針陣列、二維探針陣列等；
　　 (2)編寫了大量的探針信號處理程序，可以實現(xiàn)靜電漲落的湍流譜分析、相關分析、時頻分析、雙譜分析以及各種高階矩統(tǒng)計分析等；
　　 (3)首次給出了J-TEXT 托卡馬克邊緣等離子體的基本特性。實驗觀察到在最后閉合磁面附近存在自然形成的E×B 流剪切。剪切層附近的靜電漲落水平較低，漲落量之間的相關性降低，徑向輸運水平變

4、小，溫度和密度梯度變陡，存在自發(fā)形成的邊界輸運壘。這是歐姆放電條件下約束較好的重要因素。實驗驗證了在J-TEXT 托卡馬克邊界E B×流剪切抑制湍動輸運的BDT 理論是成立的。
　　 (4)利用不同的探針結構研究了靜電漲落中的間歇性爆發(fā)事件(IBE)。發(fā)現(xiàn)IBE 具有高于周圍等離子體的密度和徑向速度。在J-TEXT 邊緣，其引起的輸運占總輸運的比重為25％～45％。在r ?θ平面內，單個IBE的速度大小和方向具有隨機性，條件平均

5、后的IBE 則具有比較明確的速度大小和方向，徑向速度400 600 Vr ≈～ ms，極向速度V 600 1800ms θ≈～，方向分別沿著徑向向外和離子逆磁漂移方向。通常幅值大的IBE 要比幅值小的運動速度快。
　　 (5)對靜電漲落自相似特性的研究顯示，靜電漲落具有明顯的陣法性、f ?1冪律分布和長程時間相關性，這與SOC 理論預言的雪崩輸運特征相一致。
　　 (6)對靜電漲落的極向分布研究顯示，電子溫度、密度和徑向