徑向電場對磁約束等離子體的約束和輸運起到了至關重要的作用。但是其固有的復雜和多樣性迄今還未能被充分的認識。如在低約束模向高約束模轉換的過程以及內部輸運壘的穩(wěn)定維持中,徑向電場以及帶來的輸運和約束問題仍不太明確。本論文依托于EAST超導托卡馬克,利用高時空分辨的電荷交換復合光譜診斷,以L-H轉換和內部輸運壘作為出發(fā)點,對EAST上的徑向電場對輸運的影響進行了系統(tǒng)的實驗研究。本論文首先介紹了 EAST上的電荷交換復合光譜診斷,電荷交換復合光譜(Charge-Exchange Recombination Spectroscopy,CXRS)診斷已經在 EAST 托卡馬克裝置上成功的測量到了數(shù)據(jù)并且可以用于研究等離子體中的徑向電場等物理問題,該系統(tǒng)可以提供高時空分辨的特定雜質溫度和旋轉的測量。但是在實際診斷中卻發(fā)現(xiàn)存在其他雜質的被動發(fā)射譜會出現(xiàn)在觀測波長范圍內。例如,由于邊界CXRS視線落點有些位于離子回旋輻射加熱的不銹鋼波加熱天線上,診斷會由此收集到鐵的被動發(fā)射譜線,因此,本論文通過評估雜質離子的組份建立了一個擬合模型來模擬雜質發(fā)射譜,通過譜線擬合和電荷交換分量的仔細識別,提高了離子溫度和旋...

【文章頁數(shù)】：234 頁

【學位級別】：博士

【文章目錄】：
摘要
abstract
第1章 緒論
    1.1 能源問題
    1.2 什么是核聚變
    1.3 磁約束聚變
    1.4 EAST以及EAST上的中性束系統(tǒng)簡介
    1.5 tokamak等離子體的幾種運行模式
        1.5.1 歐姆加熱
        1.5.2 低約束模(L-mode)
        1.5.3 高約束模(H-mode)以及I-mode
        1.5.4 內部輸運壘(ITB)
    1.6 徑向電場以及E×B剪切
    1.7 電荷交換復合光譜診斷簡介
    1.8 第一章小結
    本章參考文獻
第2章 電荷交換復合光譜診斷及其在EAST上的應用
    2.1 電荷交換復合光譜診斷原理及數(shù)據(jù)處理
        2.1.1 電荷交換復合光譜診斷原理
        2.1.2 電荷交換碰撞截面
        2.1.3 光子發(fā)射模型
        2.1.4 發(fā)射系數(shù)
        2.1.5 電荷交換觀測譜的組成
            2.1.5.1 主動電荷交換譜Active charge exchange (ACX)
            2.1.5.2 被動電荷交換譜Passive charge exchange (PCX)
        2.1.6 通過主動譜給出雜質離子溫度和與旋轉速度信息
        2.1.7 結合BES診斷提供雜質離子密度信息
    2.2 EAST上電荷交換復合光譜診斷硬件介紹以及系統(tǒng)標定
        2.2.1 收光系統(tǒng)
            2.2.1.1 環(huán)向系統(tǒng)
            2.2.1.2 極向系統(tǒng)
        2.2.2 收光系統(tǒng)保護措施
        2.2.3 高通光量光譜儀系統(tǒng)
        2.2.4 電荷耦合元件Charge coupled Device(CCD)
        2.2.5 EAST上電荷交換復合光譜診斷系統(tǒng)的標定
            2.2.5.1 空間標定
            2.2.5.2 波長標定
            2.2.5.3 強度標定
    2.3 EAST上影響電荷交換光譜的診斷數(shù)據(jù)精度的一些干擾效應評估及處理
        2.3.1 雜質譜對EAST上邊界電荷交換復合光譜診斷的影響處理
        2.3.2 韌致輻射背景譜的影響及其在EAST電荷交換復合光譜診斷上的評估
        2.3.3 束暈效應及其在EAST電荷交換復合光譜診斷上的評估
        2.3.4 羽化粒子效應對EAST上電荷交換復合光譜診斷數(shù)據(jù)處理的影響
        2.3.5 EAST上電荷交換復合光譜診斷上塞曼效應及精細結構效應評估
    2.4 第二章小結
    本章參考文獻
第3章 托卡馬克上的輸運理論
    3.1 粒子徑向輸運理論
    3.2 經典理論以及粒子漂移
    3.3 新經典輸運理論
    3.4 湍流輸運理論
        3.4.1 等離子體湍流形式
        3.4.2 回旋動力學方程組
        3.4.3 等離子體湍流通量計算
    3.5 湍流抑制
        3.5.1 漂移波湍流
        3.5.2 湍流抑制
            3.5.2.1 磁剪切
            3.5.2.2 平衡流剪切
            3.5.2.3 帶狀流
            3.5.2.4 沙哈洛夫位移
    3.6 第三章小結
    本章參考文獻
第4章 EAST托卡馬克上的L-H轉換與徑向電場的相關研究
    4.1 國外聚變裝置上L-H轉換下徑向電場的實驗觀察
    4.2 基于電荷交換復合光譜診斷分析EAST上邊界相關物理
        4.2.1 EAST上L模和H模邊界離子溫度和旋轉速度典型剖面
        4.2.2 EAST上L-H轉換發(fā)生前徑向電場中各項貢獻以及H模閾值和邊界環(huán)向旋轉關系
        4.2.3 EAST上通過外部添加擾動情況下的L-H轉換物理分析
            4.2.3.1 徑向磁擾動影響粒子輸運
            4.2.3.2 SMBI注入觸發(fā)H-L轉換
            4.2.3.3 等離子體電流爬升觸發(fā)L-H轉換
        4.2.4 邊界環(huán)向旋轉剪切同邊界MHD不穩(wěn)定性之間的關系
    4.3 第四章小結
    本章參考文獻
第5章 EAST托卡馬克中具有內部輸運壘的穩(wěn)態(tài)運行模式的實驗研究
    5.1 具有高比壓的ITB穩(wěn)定運行模式放電的優(yōu)勢
    5.2 ITB的形成原因概述
    5.3 ITB和ETB的聯(lián)系與區(qū)別
    5.4 EAST上高比壓放電中內部輸運壘的特征
        5.4.1 內部輸運壘的觀察
        5.4.2 E×B流剪切以及ITG線性增長率
        5.4.3 不穩(wěn)定性數(shù)值模擬
        5.4.4 低階有理q以及α-stabilization影響
        5.4.5 內部輸運壘的崩塌
    5.5 內扭曲模下芯部輸運壘相關實驗研究
        5.5.1 n=m=1內扭曲模
            5.5.1.1 鋸齒振蕩(sawtooth osillations)
            5.5.1.2 魚骨模(fishbone)
        5.5.2 EAST上內扭曲模下旋轉變化的相關研究
            5.5.2.1 魚骨模-→鋸齒振蕩
            5.5.2.2 阿爾芬本征�！~骨�！忼X震蕩
        5.5.3 內部扭曲模穩(wěn)定性理論
        5.5.4 魚骨模下輸運壘形成理論
    5.6 第五章小結
    本章參考文獻
第6章 總結與展望
    6.1 工作總結以及創(chuàng)新性結論
    6.2 未來計劃以及研究展望
致謝
在讀期間發(fā)表的學術論文與取得的其他研究成果



本文編號：3823043