论文部分内容阅读
反常电子输运是磁约束聚变装置尚未解决的关键性物理问题，影响反常电子输运的因素素包含:1.通常所说的ITG模、TEM和ETG模湍流;2.可以造成磁力线随机的撕裂模、微撕裂模、高能粒子驱动的阿尔芬本征模;3.近年来被提出的不同尺度（微观、介观、宏观）结构多尺度相互作用非线性物理（可能触发破裂、输运垒等非线性物理现象）。微观尺度漂移波湍流与撕裂模、扭曲模等的宏观磁流体力学不稳定性之间的多尺度相互作用非线性物理近年来已经引起了越来越多人的关注和研究。鉴于微湍流与MHD在时空间尺度上相差很大，数值模拟方面仅展开较大尺度湍流（low-k、 k＜3cm-1，k为波数）、带状流及撕裂模的多尺度相互作用物理研究，实验方面TEXT托卡马克在等离子体边界处观察到较长波长模(谱峰值约为f≈20kHz、kθ≈0.5cm-1、极向模数m=12)与较小尺度湍流（谱峰值约为f≈100kHz、(k)θ≈3cm-1、kθρi≈0.1、极向模数m=75）的非线性耦合，数值模拟和实验都没有观察到中高波数微湍流与宏观MHD在等离子体芯区的相互作用。本论文基于HT-7/EAST装置CO2激光相干散射诊断系统，重点展开了中高波数微湍流与撕裂模、扭曲模非线性耦合的实验研究，主要工作有以下几部分: 1.HT-7托卡马克装置等离子体放电中，我们观察到kθ=12cm-1的微湍流被撕裂模和锯齿崩塌所调制;磁扰动爆发预示着磁场重联发生，磁场重联产生的磁能可能作为微湍流的自由能导致微湍流对应改变，此外锯齿热脉冲也对爆发的微湍流有贡献; 2.EAST托卡马克装置等离子体放电中，我们观测到锯齿崩塌导致了r＞rq=1区域的k1,3=10cm-1、k2=18cm-1、k4=26cm-1宽波数密度涨落产生burst（其他装置没有观测过锯齿崩塌对k＞7cm-1密度涨落影响），波矢指向等离子体边界的k1、k2、k4密度涨落burst要比波矢指向等离子体磁轴的k3密度涨落burst相对幅度更大，这说明锯齿热脉冲对波矢指向等离子体边界的（r＞rq=1区域）的中高波数微湍流的影响很大; 3.EAST托卡马克装置H模等离子体放电中，伴随着LH转换在EDA或ELM free阶段，我们在CO2激光相干散射诊断系统所测量密度涨落信号的频谱中观测到一种准相干模（△f/f≈0.15），此模的环向模数为n=1、沿电子逆磁漂移方向、其频率演化与阿尔芬速度一致，大量的统计结果显示此模可能是β导致的阿尔芬本振模(BAE); 4.我们利用双谱分析方法对EAST上中高波数密度涨落微湍流进行了分析，我们发现单独离子回旋辅助加热和欧姆加热下高波数微湍流不同频率成份都存在非线性耦合，而且前者情况下耦合系数及耦合的频率范围更大，这可能说明离子回旋加热可以激发微湍流进而增强反常输运;单独低杂波辅助加热下，我们没有观测到中高波数微湍流不同频率成份的非线性耦合，这可能说明低杂波没有使微湍流成份增加，但它改变了磁剪切;不管任何情况下向等离子体磁轴传播的密度涨落信号都没有明显的不同频率间的非线性耦合，这进一步验证了湍流输运的方向性问题（湍流输运一般是朝着减弱梯度的方向）; 5.CO2激光相干散射诊断系统四个密度涨落探测弦同时于＃42379等离子体电流下降时间阶段测量了中高波数微湍流以及可以反映宏观大尺度模（m/n=1/1，被初步鉴定为类内扭曲模）的密度涨落，采用双谱分析方法对四道密度涨落信号的分析发现:类内扭曲模与中高波数的密度涨落湍流存在很明显的非线性耦合，而且波数越大，它们之间耦合的频率范围更大;包络方法对四道密度涨落信号分析发现，中高波数微湍流（f＞50kHz）包络被内扭曲所调制，这再次证明这俩个时空域相差很大结构存在非线性耦合，这是实验上第一次在等离子体芯部区域观测到中高波数微湍流与类内扭曲模的非线性耦合。