基于EAST切向VUV高速成像诊断系统的ELM二维动力学研究
结题报告
批准号:
11605244
项目类别:
青年科学基金项目
资助金额:
22.0 万元
负责人:
明廷凤
学科分类:
A2904.磁约束等离子体
结题年份:
2019
批准年份:
2016
项目状态:
已结题
项目参与者:
王嵎民、王智君、周凡、龙飞飞
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中文摘要
ELM不稳定性发生时所引起的瞬态高热负荷问题是开展长脉冲H模运行必须解决的关键问题之一。因此,开展ELM物理研究并寻找有效的控制方法十分必要。ELM的爆发同台基区等离子体行为密切相关,实验上对ELM发生时引起的刮削层(SOL)输运过程研究已取得了很大的进展。但是, 由于诊断手段的缺乏,对台基的二维结构及其动力学演化的研究仍十分有限。随着加热系统和内部部件的升级完成,EAST装置的I类ELMy H模运行已经常态化。为进一步理解ELM背后的物理过程,EAST实验组研制了一套针对台基区的真空紫外高速成像系统,用于获取台基区等离子体的二维结构及其演化信息。结合可见光高速成像系统,及刮削层诊断,可以对ELM发生时从台基顶部到刮削层区域内的等离子体进行直接测量。本项目将基于EAST平台,利用上述诊断系统,开展不同放电条件下的H模二维ELM动力学演化相关研究。
英文摘要
During the long-pulse H mode operation, one of the key issues to be solved is the transient high heat flux induced by the ELM event. Therefore, it is urgent to understand mechanism of ELM and develop efficient methods to control it. Experimentally, it is found that ELM event is strongly related with the evolution of pedestal, and big progress has been obtained on the study of ELM induced transport in the SOL region. However, studies on the 2D pedestal structure and dynamics are very limit due to the lack of diagnostics for pedestal. After the upgrade of the heating system and internal components of EAST in the past several years, the operation with type I ELM H mode becomes normal. In order to obtain a deeper understanding on the underlying physics of ELM event, EAST group developed a high-speed VUV imaging system for pedestal, which can obtain information of the 2D pedestal structure and its temporal evolution. Combined the visible high-speed imaging system and related diagnostics in SOL region, direct measurement can be made from the top of pedestal to SOL region. Based on the EAST platform, this proposal will make use of these diagnostics mentioned to study the 2D ELM dynamics under different plasma conditions.
课题开展的研究工作主要由三个部分组成:实验研究、诊断发展以及模拟研究。实验研究方面,课题组利用EAST上新研制的高速VUV成像诊断系统,开展了ELM爆发过程中台基区涨落的动力学过程研究。在一次ELM事件发生时,在ELM崩塌阶段,密度涨落幅度受到抑制,而在台基恢复阶段,涨落幅度不断增强,且可以观察到明显的丝状结构。从原始图像上可以观察到这种结构存在明显的极向移动,其漂移速度约为1km/s,方向沿电子逆磁漂移方向。这一结果与KSTAR装置中利用ECEI成像技术测量得到的结果相一致。通过对比模拟图像与实验测得的图像数据,可以得到丝状结构的模结构信息,已有的结果表明这些扰动具有气球模特特征,极向模数为m=10~15,与等离子体参数有关。从图像数据直接获得的丝状结构的pitch angle与EFIT平衡给出的台基区的结果是一致的。在ELM爆发期间,台基区涨落在环向上可能会出现不对称性。这种不对称性的出现可能与台基演化过程中在线性阶段的波数谱分布相关,需要开展进一步的模拟研究。在分析双输运垒实验数据过程中,我们发现ITB的存在对偏滤器靶板粒子通量会产生影响,这种影响是由于ITB的形成改变了shafranov位移引起的。此外,利用EAST装置水冷系统的水温和流量测量开展了长脉冲放电过程中的第一壁热负荷分布实验研究,结果表明,在上单零放电过程中,约50%的热负荷沉积在上偏滤器区域。在诊断发展方面,通过升级光路及探测器设备,系统的信号强度得到明显的提升。视场由原来的沿径向观测变为对等离子体的半切向观测。从而为在ELM爆发期间观察到清晰的丝状结构提供了有力的保障。通过采用阵列式硬盘存储,实现了大容量实验数据的快速存储,同时提高了系统运行的稳定性。模拟研究方面,课题组利用BOUT++开展了弹丸触发ELM的模拟研究,初步的结果发现,弹丸大小需要达到一定的阈值才能触发ELM,相反,小尺寸的弹丸反而会起到ELM致稳作用。
期刊论文列表
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DOI:--
发表时间:--
期刊:核聚变与等离子体物理
影响因子:--
作者:庄清;明廷凤;余耀伟;刘煜锴;周凡;龙飞飞;杨雷;李沂隆;王嵎民;刘少承;刘海庆;李国强;高翔
通讯作者:高翔
Observation of filament-like structures in ELMy H-mode plasma with a VUV imaging system developed on the EAST tokamak
使用 EAST 托卡马克开发的 VUV 成像系统观察 ELMy H 模式等离子体中的丝状结构
DOI:10.1088/2058-6272/ab1b1b
发表时间:2019-07
期刊:Plasma Science and Technology
影响因子:1.7
作者:Zhou Fan;Ming Tingfeng;Wang Yumin;Long Feifei;Zhuang Qing;Liu Shaocheng;Li Guoqiang;Gao Xiang
通讯作者:Gao Xiang
Experimental response of the divertor particle flux to internal transport barrier dynamics in EAST high-βN discharges
EAST 高βN 放电中偏滤器粒子通量对内部传输势垒动力学的实验响应
DOI:--
发表时间:2020
期刊:Nuclear Fusion
影响因子:3.3
作者:F.F. Long;T. F. Ming;T. Zhang;L. Y. Meng;M. Q. Wu;J. C. Xu;S. L. Gao;K. X. Ye;F. Zhou;Q. Zhuang;X. Zhu;G.Z. Deng;K. Li;H. X. Zhang;F. B. Zhong;H. Lian;Y. Yang;S. C. Liu;Y. M. Wang;X. J. Liu;H. Q. Liu;Q. Zang;L. Wang;X. Gao
通讯作者:X. Gao
DOI:--
发表时间:2018
期刊:强激光与粒子束
影响因子:--
作者:龙飞飞;明廷凤;周凡;李凯;王智君;庄清;吴承瑞;王嵎民;黄娟;臧庆;张涛;刘海庆;高翔
通讯作者:高翔
Development of a high-speed vacuum ultraviolet (VUV) imaging system for the Experimental Advanced Superconducting Tokamak
为实验性先进超导托卡马克开发高速真空紫外(VUV)成像系统
DOI:10.1063/1.4991856
发表时间:2017
期刊:Review of Scientific Instruments
影响因子:1.6
作者:Zhou Fan;Ming Tingfeng;Wang Yumin;Wang Zhijun;Long Feifei;Zhuang Qing;Li Guoqiang;Liang Yunfeng;Gao Xiang
通讯作者:Gao Xiang
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