高约束模触发机制研究的目的是,理解实现高约束的条件,以达到精确预言和优化控制H模,并最终实现聚变能应用的目的。本研究期望弄清边缘等离子体中平均的径向电场(及其各驱动项)剪切,以及湍流和带状流特性随加热功率变化的规律,弄清它们在高约束模触发中的作用。弄清平均流剪切和带状流之间的相互作用,以及它们在L-H模转换过程中的作用,以加深对H模触发机制的理解。弄清环向动量源和刮削层动量边界条件在高约束模触发中的作用,加深对其影响功率阈值定标律的物理实质的理解。发展高空间分辨率的多普勒反射仪,用于诊断边缘输运垒结构、湍流、带状流以及径向电场,并探索用于诊断环向旋转速度。
L-H transition;radial electric field;zonal flows;flow shear;microwave reflectometry
本课题按照计划执行,取得了预期的研究成果。高约束模(H模)触发机理的研究是控制H模的关键,是为国际热核聚变实验堆(ITER)的基本运行模式的实现直接服务的。本课题依托EAST、HL2A以及JTEXT托卡马克,发展了多套微波反射计及多普勒反射计系统及边界诊断系统,具有很高的时间分辨和空间分辨,为本课题研究的开展提供了强有力的诊断工具。本课题研究了低约束模(L模)下带状流-湍流系统的动理学演化过程,证实了带状流对湍流幅度的调节作用,与著名的猎物捕猎者模型(Predator-prey)模型一致,为L模向H模发展过程中带状流起重要作用提供了重要的实验证据。本课题还研究了平均流剪切和带状流剪切相互作用及它们在L-H模转换中的作用,结果表明平均流剪切是触发L-H模转换的主要贡献,带状流在其中与湍流的能量比例演化表明带状流的存在能够有效增强总的流剪切效果,即能够有效降低功率阈值,在L-H模转换中也起着关键的作用。在对动量源对L-H模转换功率阈值的研究当中,我们获得了边界等离子体的刮削层流的基本物理特征,结果表明不同位型下形成的粒子损失通道不一致而导致的粒子输运不一样,即粒子损失通道将会对L-H模转换功率阈值发生较大影响。