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(jīng)典和新經(jīng)典理論所預(yù)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(jīng)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(chǎn)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(jié)合J-TEXT 托卡馬克等離子體為圓截面的特點，設(shè)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(shù)極向分布的影響。主要的工作內(nèi)容和實驗結(jié)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(jié)合具體的實驗?zāi)繕?biāo)設(shè)計了多種探針結(jié)構(gòu)，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(guān)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(guān)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(jié)構(gòu)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(nèi)，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(guān)性，這與SOC 理論預(yù)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