《等离子体所在比压阿尔芬声波本征模实验研究中取得新进展》

  • 来源专题:中国科学院文献情报先进能源知识资源中心 |领域情报网
  • 编译者: guokm
  • 发布时间:2020-09-05
  • 近日,等离子体所EAST团队科研人员在一类特殊的锯齿振荡期间观察到了比压阿尔芬声波本征模(BAAE),相关研究成果由徐明副研究员发表在Nuclear Fusion期刊(卷:60,页码:112005)。
      在EAST超导托卡马克装置中,研究人员通过实验观察到了模数为m=2/n=1双撕裂模(DTM)触发的一类特殊锯齿振荡(以下简称DTRC),DTRC的振荡周期大于100ms,在振荡期间先后观察到了高能离子激发的比压阿尔芬本征模(BAEs)以及反剪切阿尔芬本征模(RSAE),并伴随着电子内部输运垒(ITB)的形成过程。随后研究人员还发现,当ICRH的输出功率足够高时,DTRC振荡期间能够激发一类新的阿尔文本征模——BAAE,且与BAEs-SAEs共存。
      同时实验还对BAAE的模特征结构和激发条件进行了研究。BAAE和BAEs的径向结构相类似,BAAE在径向更靠外且径向范围更宽。随着qmin的减小(qmin<1),BAAE和RSAE的频率同步向上增大。此外,BAAE可以作为安全因子剖面的重要限制条件,当DTRC振荡周期大于某一阈值时,BAAE即可被激发。由于DTRC的振荡周期强烈依赖于ICRH的输出功率,因此DTRC的振荡周期为BAAE激发的一个重要的因素。qmin附近的电子温度的梯度随着DTRC的周期增大而增大,同时芯部区域的高能离子份额也随之增加。因此,BAAE由捕获高能离子通过环向进动共振激发。
      BAAE现象是当前ITPA研究领域的一个重要分支,在EAST上开展的BAAE实验观察和研究进展,对国际磁约束聚变领域高能粒子的实验研究起到了积极推动作用。
      以上工作获得等离子体所相关科研人员的鼎力支持,并得到了国家磁约束核聚变能发展研究专项、国家自然科学基金等项目的资助。

相关报告
  • 《等离子体所在强撕裂模下比压阿尔文本征模的实验研究获新进展》

    • 来源专题:中国科学院文献情报先进能源知识资源中心 |领域情报网
    • 编译者:guokm
    • 发布时间:2018-11-06
    • 近日,等离子体所EAST团队科研人员在强撕裂模爆发的条件下激发阿尔文本征模不稳定性的实验方面取得新进展,相关研究成果由徐明副研究员以快报的方式发表在Nuclear Fusion期刊。   强撕裂模条件下的比压阿尔文本征模的实验研究起始于2005年的FTU装置,而EAST上则在2013年开始这类不稳定性的实验研究 (Ming Xu et al 2013 Plasma Phys. Control. Fusion 55 065002),其模的主要特征表现为成对出现,传播方向相反,且在磁岛坐标系下表现为驻波结构。由于这类现象的复杂性,其相关物理机制至今仍然没有比较明确的定论。科研人员通过对近年内EAST上各种不同的激发条件进行总结,发现这类不稳定性和外界的杂质注入存在密切的关系。本文选取了两个不同时刻的重杂质注入过程,并加入NBI调制注入的实验条件,主要结果可概括为首次系统全面给出了q=2面附近“snake”扰动分布,其沿着极向具有强的不对称性;首次在q=2面附近观察到了径向离散的两对BAEs,其中频率相对低的那对分布在外侧;对BAEs连续谱的分裂理论进行了相对全面的讨论。   此外,还利用已知的实验现象做出了合理的推测:当高Z杂质(钨)注入等离子体中发生了两类过程——被排出等离子体或消融聚芯。当钨杂质直接被排出等离子体的过程中,在q=2面附近形成了类双撕裂模的极向对称结构,同时该撕裂模强烈依赖于NBI源的注入方向;而在钨杂质消融聚芯的过程中,在q=2面附近激发了“snake”扰动,这类极向不对称性的“snake”扰动有利于两对径向离散BAEs不稳定性的激发,且这类撕裂模不依赖于NBI的注入方向。   以上工作获得等离子体所相关科研人员的鼎力支持,并得到了国家磁约束核聚变能发展研究专项、国家自然科学基金、中国科学院以及合肥物质科学研究院等项目的资助。   论文链接:http://iopscience.iop.org/article/10.1088/1741-4326/aae8b7/meta
  • 《等离子体所在托卡马克三维磁扰动场对阿尔芬本征模控制研究方面取得新进展》

    • 来源专题:中国科学院文献情报先进能源知识资源中心 |领域情报网
    • 编译者:guokm
    • 发布时间:2019-04-18
    • 日前,等离子体所EAST团队孙有文研究员课题组在EAST上利用三维磁扰动场控制阿尔芬本征模研究方面取得了重要进展,相关结果由博士研究生楚南等人近期以快报的形式发表在聚变领域顶级期刊Nuclear Fusion上[N. Chu et al, Observation of toroidal Alfvén eigenmode excited by energetic electrons induced by static magnetic perturbations in the EAST tokamak, Nucl. Fusion 58 (2018) 104004]。    在未来ITER等聚变装置中低碰撞率的燃烧等离子会因为核聚变反应产生大量的高能离子,它们对于核聚变反应稳态自持地进行有非常重要的作用。而在低碰撞率下,阿尔芬本征模会因为波-粒相互作用导致高能粒子的严重损失,这会严重抑制核聚变反应的发生。因此研究对阿尔芬本征模的主动控制对于未来聚变反应堆的自持燃烧有非常重要的作用。    课题组首次在EAST托卡马克中发现了外加的静态三维磁扰动对环形阿尔芬本征模的激发作用。其中外加的三维磁扰动在n=2渗透之后首先会激发出浅捕获的高能电子,而后这些高能电子会进一步共振驱动一支环向模数为n = 2的沿着离子逆磁方向传播的环形阿尔芬本征模。相应频段的浅捕获高能电子对应的能量和硬X射线能谱诊断测量到的光子能谱有非常好的对应关系,这说明了这支环向阿尔芬本征模是由浅捕获的高能电子驱动的。这些研究结果显示外加的三维磁扰动场或许可以作为一种主动控制阿尔芬本征模的手段应用到未来主要运行低碰撞率燃烧等离子体的ITER等聚变装置中。    以上研究成果得益于等离子体所内各个系统的大力支持,尤其是诊断组对于各种诊断数据的大力支持和控制组对于实验运行的大力支持。另外对电源、低温、真空等相关系统对实验的支持也一并表示感谢。相关研究受到国家自然科学基金等项目的资助。