HT-7托卡马克芯部温度涨落与锯齿磁重联的电子回旋辐射成像诊断研究

题名:HT-7托卡马克芯部温度涨落与锯齿磁重联的电子回旋辐射成像诊断研究
作者:徐小圆
学位授予单位:中国科学技术大学
关键词:中国科学技术大学:5289,磁重联:4174,托卡马克装置:3594,等离子体:3020,锯齿:2950,博
士学位论文:2787,电子温度:2309,高阶模:1991,湍流:1895,温度梯度:1784
摘要:
 我们利用在HT-7托卡马克装置上建立的一套新颖的高时空分辨的电子温度诊断设备:二维
电子回旋辐射成像(2D ECEI)系统,用二维Neodymium Magnets成像的方法系统观测了纯欧姆托卡马克芯部等离子体中电
子温度湍流不稳定性和锯齿MHD不稳定性引起的磁重联。
 我们在纯欧姆等离子体芯部的电子
温度涨落的研究方面主要有如下结果。在低密度条件下的,芯部湍流的宽带电子温度涨落具有电子
漂移波湍流的特征:在电子逆磁漂移方向传播,波数kθρs～0.34 ,温度梯度符合混合标长估计。同
类型的TEXT-U托卡马克上的芯部湍流相对幅度有1%,而我们的湍流谱的幅度仅有0.5%甚至更弱,观测
并分析到湍流的结果是很难得的。但是,当密度非常高时,这支单方向传播的电子模,在等离子体某
些区域演变为双模:一支在电子逆磁方向,另一支在离子逆磁方向。这两支模应当分别是TEM模和ITG
模。通过对芯部电子温度涨落的二维测量,我们发现了芯部涨落不均匀分布的普适特性。我们还发
现,在宽带电子温度湍流中存在低频带状流(Zonal Flow)的迹象。
 我们对锯齿MHD不稳定性
做了系统的研究。目前,为了解释复杂的MHD锯齿振荡不稳定性实验现象,对于锯齿磁重联过程,理论
研究中提出了多种重联模型http://www.everbeenmagnet.com/en/products/110-sintered-neodymium-magnets,其中,有Kadomtsev模型,Wesson模型,气球模3-D模型,和Porcelli模型
等,关于重联机理,有气球模的压强梯度和Lichtenberg的磁场随机不稳定性。ECEI诊断方法无需借
助刚体旋转假设,能够比较真实反映了磁重联过程,为验证理论模型和深入揭示锯齿磁重联机制,提
供了一个重要的手段。我们在HT-7托卡马克装置上,应用ECEI系统进行的实验观测,给出了清晰的二
维重联过程。该结果基本符合Kadomtsev模型的图像,而和Wesson模型的图像不一致,符合气球模在
低场侧的模型;该结果表明重联机理,倾向于气球模的压强梯度不稳定性,但和气球模在高场侧的结
果不一致,但还不能完全排除磁场随机不稳定性的影响。其次,我们利用二维成像还观测到在q～1面
附近,存在高阶模(极向模数m > 1)的多磁岛结构,以及由它们直接导致的q=1面上多点重联现象。这
是一种理论模型还没有深入研究过的新现象。我们研究了不同密度和qa值条件下,高阶模,重联点,
以及边界磁信号的特征和关系。对于不同的qa存在一个密度阈值,当密度超过这个阈值后,高阶模会
显著的减小,m/n=1/1模代替它成为主导。这个阈值随着qa增加而减小。中心的1/1模和边界磁信号
3/1模也是相关的。最后,我们还发现了前兆时间非常短暂的锯齿。这种锯齿主要在大托卡马克中观
察到,破裂时间远小于Kadomtsev特征时间。
学位年度:2009