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低杂波缓解ELM过程中台基结构演化行为研究

批准号:
12075281
项目类别:
面上项目
资助金额:
60.0 万元
负责人:
韩效锋
学科分类:
磁约束等离子体
结题年份:
2024
批准年份:
2020
项目状态:
已结题
项目参与者:
韩效锋

项目摘要

结项摘要

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中文摘要
低杂波缓解边界局域模(ELM)已得到初步验证,但最新实验发现低杂波有时会触发更大的ELM,这与台基结构或碰撞率有关,具体机制尚不清楚。对于确立和推广低杂波控制方法,阐明其对台基结构的作用过程是必需的核心环节。研究发现低杂波控制ELM存在功率阈值,本项目拟在临界阈值附近开展针对性物理实验,基于高时空分辨汤姆逊散射精准局域、同时测量电子温度和密度的特点,结合其他边界分布和涨落诊断,研究台基电子温度、密度和压强梯度等对低杂波的响应时序和演化行为,弄清碰撞率等对台基结构演化的影响,揭示低杂波作用期间台基剥离气球模不稳定性边界的移动规律;结合ELITE等分析模拟程序,对低杂波控制方法的阈值现象及对应的台基不稳定性跃变行为获得较为深刻的理解。本项目的开展,将深化对低杂波缓解ELM物理过程的认知,使其更好服务于EAST全金属壁条件下高功率长脉冲运行,并为其在未来聚变装置中应用提供实验和理论依据。
英文摘要
The LHW controlling ELM has been verified by experiments, but the latest experiment found that LHW sometimes can trigger larger ELMs, which may be related to the pedestal structure or collisionality. For establishing and popularizing the scientific method of LHW controlling ELM, it is necessary to clarify its influence on the evolution of the pedestal structure. It is found that there are the power threshold of LHW mitigating ELM. This project plans to carry out targeted physical experiments near the critical threshold. Based on the high-resolution Thomson scattering diagnostic, and combined with other boundary diagnostic, investigating the pressure gradient evolution and response time sequence of electron temperature and density, to identify its dependence on the key parameters such as the pedestal collisionality and revealing the movement law of the instability boundary of the pedestal Peeling-Ballooning. Combined with the simulation program, to understand the threshold phenomenon and the corresponding jump behavior of pedestal instability. The development of this project will deepen the understanding of the physical process of LHW mitigating ELM, to make it better to serve the operation of high power long pulse under the condition of all metal wall of EAST, and to provide the experimental basis of exploring its application for the future fusion device.
边界局域模(ELM)及边界台基相关物理是目前磁约束聚变研究的重要课题之一。本项目依托EAST全超导托卡马克实验装置,采用高时空分辨汤姆逊散射,结合其他边界分布和涨落诊断,对台基电子温度、密度和压强等参数的演化行为开展了研究。优化升级了散射信号同步监测及光纤位置自动校准系统,确保系统的连续稳定运行,提高了系统的密度测量精度和可靠性。在数值模拟研究方面,开展了EAST上射频波加热放电下边界局域模的数值模拟研究,从数值模拟的角度再现了边界局域模的物理过程。测量获得了中高q95情况下低杂波缓减ELM过程中边界输运特征。在EAST低杂波等离子体电流驱动实验中,等离子体边界刮削层内会形成螺旋状辐射带。这些螺旋辐射带的数量和低杂波波导天线阵列的行数一致。在双零等离子体位型下,这些辐射带只出现在等离子体弱场侧,并沿着磁力线方向螺旋延伸连接上下偏滤器外靶板。与共振磁场线圈控制边界局域模方法相比,低杂波控制边界局域模不仅适用于较大的等离子体边界安全因子范围,而且其对芯部等离子体影响较小。低杂波产生的三维磁拓扑不仅可以缓解或抑制由边界局域模引起的瞬间热负荷,还可以增大偏滤器上热负荷沉积面积、优化等离子体与壁相互作用。在数值模拟研究方面,利用JOREK开展了EAST上射频波加热放电下边界局域模的数值模拟研究,从数值模拟的角度再现了边界局域模的物理过程。研究发现在之前放电中不稳定模式n=9可以表征边界局域模。模拟给出了边界局域模的密度分布情况和温度分布情况。开展了低杂波电流丝的研究工作,获得了低杂波电流丝对关键参数的依赖关系,其中等离子体密度对于刮削层电流丝大小有重要影响,影响低杂波控制ELM的效果。团队测量得到了中高q95情况下低杂波缓减ELM过程中边界输运特征,发现ELM抑制期间湍流强度和输运显著增强。本项目的完成将更好服务于EAST升级改造后全金属壁条件下高功率长脉冲运行,并为其在下一代聚变装置中应用提供实验和理论依据。
基于汤姆逊散射的EAST边界局域模丝状结构统计特征的实验研究
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