Transcript EAST托卡马克等离子体HL跃迁时的热输运研究韩翔

CPS2012，广州，2012.9.20-9.23
EAST托卡马克等离子体H-L跃迁时的热输运研究
韩翔*，张寿彪，张涛，王嵎民，布景亮，刘子奚，高翔，凌必利和EAST团队
中国科学院等离子体物理研究所，合肥 230031
*Email: [email protected]
This work was supported by the National Magnetic Confinement Fusion Science Program of China (Nos. 2010GB106000 and
2010GB106001), and the National Natural Science Foundation of China (Nos. 11021565 and 11275234).
研究背景：
国际热核实验反应堆（ITER）将采用H模运行模式；对于H模与L模之间的转换机制是当今国际各大磁约束装置的研究热点之一；
EAST2012春季实验中观察到在H-L转换时边界与芯部等离子体电子温度演化存在差异，表现为：边界电子温度下降，随后芯部
电子温度上升，且芯部温度的响应时间比热扩散的特征时间更短；这种热输运形式会形成内部输运垒，使得等离子体约束改善，
且边界湍流被抑制；
在EAST的2012年春季实验中，我们利用多道电子回旋辐射（ECE）外差系统对H-L转换时发生的这种热输运现象进行了初步研
究。
51 GHz
59 GHz
To Band 1
BS3
152-168 GHz
136-152 GHz
104-120 GHz
104-168 GHz
BS2
120-136 GHz
BS1
To Band 4
1. EAST实验ECE外差系统
2. EAST实验H-L跃迁过程中热输运研究（cont.）
芯部与边界电子温度梯度比较
10 G H z
75 GHz
fIF = 3.1,5.1,7.1,9.1 G H z
ΔIF= 0.4,0.4,0.5,0.5 G H z
 H-L跃迁时，这种热输运形
式使得边界等离子体电子
温度梯度发生跳变（蓝
色），随后缓慢增加，时
间尺度约2ms；
 芯部电子温度梯度增加，
无跳变（红色），且增加
速率比边界处的梯度更快；
67 GHz
To Band 2
fIF = 11.1,13.1,15.1,17.1 G H z
ΔIF= 0.5,0.5,0.5,0.5 G H z
To Band 3
射频部分
中频部分
 32道ECE外差系统是中科院等离子体所与UC-Davis合作设计完
成的诊断，用于EAST实验电子温度的测量
 接收等离子体辐射中104-168GHz的电子回旋辐射；在纵场
2.3T下，可获得EAST沿径向全空间的电子温度随时间的演化
 假设等离子体电子回旋辐射满足黑体辐射条件：
电子密度剖面（by Refl.）
n  nce  n(eB / me )  B  1/ R
 3.75s, H模，pedestal较
陡，等离子体出现密度
的边界输运垒；
 3.8s, L模， 边界处密度
分布逐渐平坦
eB0 R0 1

I ( )  3 2 Te R 
m f
8 c
2
2. EAST实验H-L跃迁过程中热输运研究
CCD at 3.71s
磁涨落频率谱
Te 等温线图
EFIT at 3.71s
 3.76s，50kHz以下
低频磁涨落幅度增
强；随后稍有减弱




 3.76s，边界处Te首先相
应，约40ms后，芯部Te
开始增加，且上涨幅度
高于非局域输运前的水
平
3. 总结与讨论
 EAST实验中观测到在H-L模跃迁时，边界及芯部等离子体有
Shot 42034：纵场2T，Ip 400kA，辅助加热功率约2.3MW （低杂波、
不同的响应特性；通过利用多道ECE外差系统对电子温度
离子回旋加热）下单零位形H模放电
的分析，发现边界与芯部电子温度梯度有所区别；磁涨落
3.76s，H模向L模转换时，等离子体边界电子温度下降，芯部温度
谱有所响应。这种输运的表现形式与其他装置（如HL-2A,
上升
LHD等）中观测到的非局域输运有些类似
这一热输运触发时，Ha看到强烈的辐射，随后由H模进入到L模。
这种触发机制在其他装置未观察到；猜测是较大幅度的ELM崩塌
 EAST实验H-L跃迁过程中这种热输运过程仍需进一步的深入
使得等离子体边界形成密度扰动，从而影响了等离子体位形，造
分析；下一步将从温度密度涨落及磁涨落角度研究
成放电小破裂，从而触发了这种热输运过程