J-TEXT邊界等離子體環(huán)向轉動的偏壓調制實驗研究.pdf

1、環(huán)向轉動對于托卡馬克等離子體而言具有重要的作用。一方面，環(huán)向轉動及其剪切可以增強內部輸運壘、驅動 Er×B剪切流并抑制微觀不穩(wěn)定性（湍流），從而改善等離子體的約束狀態(tài)；另一方面，足夠強的環(huán)向轉動還可以抑制一些危害性極大的宏觀磁流體不穩(wěn)定性，包括新經典撕裂模和電阻壁模，因而有利于裝置的穩(wěn)態(tài)運行。因此如何充分了解環(huán)向轉動的物理過程，并以此為基礎實現對環(huán)向轉動剖面的優(yōu)化和控制，成為托卡馬克物理研究的一項重要內容。目前，環(huán)向轉動相關的物理研究仍

2、存在不少難點，其中包括了本征環(huán)向轉動的驅動機理以及環(huán)向動量輸運過程。
　　本文以J-TEXT裝置作為實驗平臺，對等離子體邊界的本征轉動驅動機理和動量輸運過程展開了實驗研究。作為實驗研究的基礎，本文在J-TEXT托卡馬克上設計并建立了一套偏壓電極系統(tǒng)。偏壓電極系統(tǒng)作為實驗調節(jié)手段，一方面可以改變邊界的Er×B流剪切，另一方面還可以作為外加局部動量源，改變邊界的環(huán)向轉動。實驗發(fā)現，在正、負極性的偏壓電極下，等離子體的（主要是粒子）約束

3、性能均可被改善，伴隨著邊界徑向電場Er剪切的明顯增強以及湍動粒子輸運通量的抑制。J-TEXT邊界本征環(huán)向轉動是朝向同電流方向的。偏壓電極可有效改變邊界環(huán)向轉動：正偏壓下，邊界環(huán)向轉動向同電流方向變化，負偏壓下則向反電流方向變化；統(tǒng)計結果顯示邊界環(huán)向轉動與偏壓電流大小基本呈線性關系。在不同偏壓條件下，（環(huán)向）雷諾協強項始終主導了湍動動量輸運過程。隨著局部徑向電場 Er剪切的增強，雷諾協強和湍動動量輸運通量均顯著減小，反映了 Er剪切對局部

4、湍動輸運的普適的抑制作用。實驗中通過加負偏壓（偏壓電流約-60A），成功地置零了邊界環(huán)向轉動，并分別測得了邊界殘余協強和本征力矩密度的分布。將殘余協強對應的力矩密度與本征力矩密度進行直接對比后，發(fā)現兩者能較好地相符，從而為“殘余協強驅動本征轉動”這一理論預言提供了直接的實驗證據?；谖_法，利用偏壓電極調制，初步估算了局部等離子體（歸一化小半徑ρ=0.68–0.9）環(huán)向動量輸運系數（包括擴散系數χφ和對流速度Vconv）的徑向分布。結果