本文選題：帶狀流　切入點：低頻帶狀流　出處：《中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)》2016年博士論文

【摘要】：帶狀流(Zonal Flows)是磁約束等離子體中非常重要的靜電漲落流,模特征表現(xiàn)為環(huán)向和極向?qū)ΨQ,并具有有限徑向波數(shù)。帶狀流由背景湍流(AT)通過非線性三波相互作用產(chǎn)生,即能量來源于背景湍流,且?guī)盍髂芡ㄟ^徑向剪切抑制背景湍流,調(diào)節(jié)背景湍流的幅度,在改善約束以及觸發(fā)低約束模向高約束模轉(zhuǎn)換(L-H)的研究中有著非常重要的作用。電極偏壓(Electrode Biasing)是一種廣泛使用的人為改變等離子體內(nèi)徑向電場分布的手段,在本論文中使用偏壓電極在J-TEXT托卡馬克中實現(xiàn)偏壓H模,觀測到了低頻帶狀流(LFZF)和測地聲模(GAM)帶狀流,并研究了它們在偏壓約束改善實驗中的關(guān)鍵作用,研究了它們與背景湍流的相互作用以及對輸運的影響。本文主要內(nèi)容包括實驗研究了帶狀流的兩個分支：低頻帶狀流(Low Frequency Zonal Flow, LFZF)和有限頻率的測地聲模(Geodesic Acounstic Mode, GAM),以及它們在偏壓約束改善中與湍流的相互作用和對輸運的影響。此外,還發(fā)展出一種瞬時頻率(Intermediate Frequency)算法,用于提取托卡馬克裝置上散射數(shù)據(jù)中的速度信息,并成功使用該算法對芯部測地聲模進行了實驗研究。本論文在J-TEXT托卡馬克的偏壓約束改善實驗中利用靜電探針陣列,研究了帶狀流和湍流的相互作用,取得以下主要結(jié)果：1.通過測量其各自的環(huán)向,極向模數(shù)以及模頻率證實了這兩種相干模分別為LFZF和GAM。首次在偏壓約束改善實驗中觀測到測地聲模。2.利用四探針進一步分析了兩種帶狀流對徑向粒子通量的抑制作用,發(fā)現(xiàn)偏壓約束改善期間,極向波數(shù)kθ在低頻區(qū)域(50kHz)幾乎為零,對降低徑向粒子輸運起到關(guān)鍵作用。3.在對比湍流增長率(γAT=2.1×106s-1)與偏壓電極所產(chǎn)生的平衡剪切率(ωE×B,Biasing=1.5×106s-1)后發(fā)現(xiàn),單獨考慮偏壓電極所產(chǎn)生的平衡剪切率是不足以抑制湍流增長的,只有同時考慮帶狀流所產(chǎn)生的剪切率(γE×B,GAM=0.71×106s-1)后,兩者剪切率之和才超過湍流的增長率。該實驗結(jié)果對理解L-H模轉(zhuǎn)換機理的研究有重要意義,表明帶狀流在偏壓約束改善中的重要作用。低約束模向高約束模轉(zhuǎn)換過程中背景湍流產(chǎn)生帶狀流,帶狀流不產(chǎn)生徑向輸運,且通過剪切作用抑制背景湍流,達到改善約束的效果：在研究中還發(fā)現(xiàn),徑向電場剪切是抑制背景湍流實現(xiàn)約束改善的主要原因,帶狀流的剪切效果也有很重要的作用。本論文的另一個工作是使用瞬時頻率法研究芯部測地聲模的模特征并拓展散射診斷方法的適用性。在托卡馬克等離子體中,等離子體的旋轉(zhuǎn)速度通常是遠大于湍流在等離子體坐標(biāo)系中的本征模旋轉(zhuǎn)速度。對于使用散射原理進行測量的診斷,獲得數(shù)據(jù)中所包含的多普勒頻移項通常占主導(dǎo)。而瞬時頻率法就是利用這一特點,從密度漲落信號中提取等離子體極向旋轉(zhuǎn)速度信息。本論文利用HT-7托卡馬克上二氧化碳激光相干散射得到的密度漲落數(shù)據(jù),通過瞬時頻率算法,計算出極向電漂移速度,從而得到了芯部的電場強度。該工作獲得如下結(jié)果：1.編寫瞬時頻率算法,成功從密度漲落信號中提取速度信息；2.通過對極向距離180度的兩組速度進行相關(guān)分析,證實了在歐姆放電下觀察到的相干模具有極向?qū)ΨQ性。并通過對比理論GAM模頻率證實了該相干模為測地聲模。3.同時也通過噪聲分析等手段驗證了該方法的可行性。瞬時頻率法巧妙的從密度漲落數(shù)據(jù)中得到了電場信息,拓展了此類診斷的功能。
[Abstract]:In this paper , two branches of zonal flow are studied by means of nonlinear three - wave interaction , namely , low frequency band flow ( LFZF ) and finite frequency band flow . In this paper , it is found that radial electric field shearing is the main reason for restraining the improvement of confinement of background turbulence . The other work of this paper is to use instantaneous frequency method to study the mode characteristics of the acoustic mode and to expand the applicability of the dispersion diagnosis method .
2 . Through the correlation analysis of the two groups of velocity of the polar distance of 180 degrees , it is proved that the coherent die observed under the ohmic discharge has a polar symmetry , and the feasibility of the method is verified by means of the comparison theory of the theoretical model frequency . The method is also verified by noise analysis and so on . The instantaneous frequency method skillfully obtains the electric field information from the density fluctuation data , and expands the function of the diagnosis .

【學(xué)位授予單位】：中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：O53

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4 余文f，

本文編號：1722900