磁約束托卡馬克裝置上伴有邊界局域模(ELM)的高約束(H)模是面向未來聚變堆,如國際熱核聚變實(shí)驗(yàn)反應(yīng)堆(ITER)以及中國聚變工程實(shí)驗(yàn)堆的重要運(yùn)行模式。在H模下的等離子體邊界的狹窄區(qū)域會自發(fā)形成具備陡峭壓強(qiáng)梯度的臺基。而臺基是決定等離子體整體運(yùn)行參數(shù)的一個(gè)重要的因素。一方面,由于芯部等離子體具備剛性,臺基溫度直接決定了芯部等離子體的溫度從而影響等離子體的宏觀約束性能以及聚變增益。另一方面,臺基參數(shù)影響著ELM的大小從而影響聚變材料的壽命。因此對于臺基物理的研究具有十分重要的意義。H模臺基區(qū)的約束改善被認(rèn)為是由于邊界臺基湍流被抑制導(dǎo)致的。然而基于回旋動理學(xué)模型的模擬以及各裝置上的實(shí)驗(yàn)研究結(jié)果表明H模臺基區(qū)存在豐富的湍流現(xiàn)象。這些湍流隨著臺基梯度的形成而被激發(fā),會反過來抑制臺基的增長,直到ELM爆發(fā)。實(shí)驗(yàn)和模擬的結(jié)果表明這些湍流會影響等離子體粒子以及熱輸運(yùn)過程。因此H模臺基區(qū)的湍流研究一直是托卡馬克輸運(yùn)領(lǐng)域的熱點(diǎn)話題。目前實(shí)驗(yàn)中用于觀測臺基湍流的診斷工具有很多種,其中多普勒反射儀因其具備傳統(tǒng)微波反射儀的高時(shí)空分辨率的優(yōu)點(diǎn),可以用于邊界狹窄臺基區(qū)域的多普勒頻移,密度漲落以及極向速度漲落的測量。本論文主要介紹了圍繞H模邊界臺基湍流測量開展的一系列工作,主要包括以下三部分內(nèi)容:(1)在EAST托卡馬克上研制了兩套多普勒反射儀。為了測量H模期間的邊界臺基湍流,在EAST上開展了包括K窗口6道多普勒反射儀和J窗口4道多普勒反射儀在內(nèi)的兩套多普勒系統(tǒng)的研制工作。其中,六道多普勒反射儀于2017年投入到EAST實(shí)驗(yàn)中,位于K窗口中平面以下0.16m平行于中平面發(fā)射入等離子體,入射角度由等離子體位型決定,波數(shù)范圍為4-7cm-1。利用6道多普勒反射儀我們觀測到了H模期間的測地聲模(GAM)現(xiàn)象,并首次在實(shí)驗(yàn)上證實(shí)了GAM磁漲落m=1的極向結(jié)構(gòu)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明GAM由m=2主導(dǎo)的磁漲落會在進(jìn)入H模后變?yōu)橛蒻=1分量所主導(dǎo)。通過多普勒系統(tǒng)的測量我們認(rèn)為這種現(xiàn)象和H模期間較深的徑向電場有關(guān),這一結(jié)果和理論預(yù)測相符。H模GAM對背景湍流(AT)存在幅度調(diào)制作用,暗示著GAM通過徑向電場Er漲落對湍流進(jìn)行調(diào)制的因果關(guān)系。四道V波段多普勒系統(tǒng)于2019年春季搭建至K窗口,位于中平面以上0.175m,以15°傾角傾斜入射。第二章給出了四道多普勒反射儀的關(guān)鍵微波器件以及實(shí)驗(yàn)室的集成測試結(jié)果。測試結(jié)果表明四道多普勒反射儀在實(shí)驗(yàn)室下對低頻速度漲落有著良好的響應(yīng),2019年EAST的實(shí)驗(yàn)結(jié)果也驗(yàn)證了這套反射儀系統(tǒng)的可行性。(2)在EAST托卡馬克上開展了多尺度湍流的研究。我們通過EAST上不同診斷(POINT,ECE,XUV)研究了n=1外扭曲模的與n=12-17的相干模(CM)間的多尺度相互作用,結(jié)果發(fā)現(xiàn)外扭曲模可能通過兩種方式和CM發(fā)生相互作用。一方面n=1模可以通過調(diào)制溫度梯度實(shí)現(xiàn)對相干模(CM)幅度的間接調(diào)制。另一方面n=1模與n=12-17 CM存在直接的非線性相互作用。研究結(jié)果表明這種多尺度的調(diào)制作用并不會改變邊界臺基的結(jié)構(gòu)。(3)在HL-2A裝置上開展了H模邊界(SOL)區(qū)貢獻(xiàn)粒子輸運(yùn)的湍流研究。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)Ⅲ類ELMy H模邊界以及SOL區(qū)存在一種貢獻(xiàn)徑向向內(nèi)的粒子輸運(yùn)通量的高頻相干模(HFM)。這種HFM頻率為(100kHzf400kkHz),在實(shí)驗(yàn)室(22km/s)以及等離子體(24km/s)坐標(biāo)系下傳播方向皆沿電子抗磁漂移方向,極向模數(shù)m(?)28,環(huán)向模數(shù)n～8,kθρi～0.04。直接的測量結(jié)果表明HFM可以驅(qū)動徑向向內(nèi)的粒子輸運(yùn)通量,分析結(jié)果表明這是由于HFM的傳播方向沿電子抗磁漂移方向?qū)е碌摹Ｓ傻皖l相干模(LFT,或稱'blobby'結(jié)構(gòu))、HFM驅(qū)動的粒子輸運(yùn)通量和偏濾器粒子輸運(yùn)通量的衰減長度的時(shí)間演化結(jié)果表明:偏濾器粒子輸運(yùn)通量的衰減長度可以由HFM貢獻(xiàn)的向內(nèi)的粒子輸運(yùn)通量以及'blobby'結(jié)構(gòu)貢獻(xiàn)的向外的粒子輸運(yùn)通量(Γr,LFT,f40kHz)共同調(diào)節(jié)。當(dāng)HFM驅(qū)動的向內(nèi)的粒子輸運(yùn)通量爆發(fā)時(shí),如果此時(shí)的'blobby'事件驅(qū)動的粒子輸運(yùn)通量水平很低,那么偏濾器粒子通量的衰減長度就被顯著壓縮,說明了反常輸運(yùn)對于SOL區(qū)衰減長度的重要作用。
【學(xué)位單位】：中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：TL631.24
【部分圖文】：

用在人類發(fā)展的每一個(gè)時(shí)期都有跡可循。在遙遠(yuǎn)的原始火而形成了以“刀耕火種”這種形式為代表的原始農(nóng)業(yè)，常生活中對能源的需求。十八世紀(jì)六十年的第一次工業(yè)明為代表的新興能量轉(zhuǎn)化產(chǎn)業(yè)推動了工業(yè)技術(shù)的發(fā)展，，標(biāo)志著“蒸汽時(shí)代”的到來。之后的短短一百年內(nèi)，掌握，以發(fā)電機(jī)的發(fā)明為標(biāo)志，期間各種電氣設(shè)備產(chǎn)業(yè)入以電力為主要能源形式的“電氣時(shí)代”。可以說，這

逑人類實(shí)際使用的能源結(jié)構(gòu)是否合理，比如是否會導(dǎo)致未來的能源危機(jī)，是否會影逡逑響全球氣候等等。２０１８年英國石油公司（ＢＰ）公布的統(tǒng)計(jì)結(jié)果如圖１．１所示⑴，逡逑可見，自１９６５年至２０１７年的半個(gè)多世紀(jì)以來，相比于核能、水電以及可再生能逡逑源，化石燃料（石油，煤炭，天然氣）在全球一次能源總消耗量中始終占據(jù)大部逡逑分比例，這一比例在２０１７年約為８１％且這一趨勢在未來的二十年間仍將持續(xù)。逡逑Ｇｌｏｂａｌ邋ｅｎｅｒｇｙ－ｒｅｌａｔｅｄ邋Ｃ０２邋ｅｍｉｓｓｉｏｎｓ逡逑ｌｌｌｌｌｌｌｌｌｌｌｌｌｌｌｌｌｌ逡逑－１０逡逑２０００邋２００１邋ｔｏｏｔ邋２００Ｊ邋？００？邋２００Ｓ邋２００６邋？００？邋２００滝邋１００＊邋１０１０邋２０１１邋２０１２邋２０１３邋２０１４邋２０１Ｓ邋２０ｌ？邋Ｊ０Ｉ７逡逑S緬澹

本文編號：2814626