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自从低杂波电流驱动(LHCD)实验在JFT-2托卡马克上的成功实现,LHCD实验在各国的托卡马克上已经取得了重大进展。深入理解低杂波物理是优化LHCD实验的基础。HT-7超导托卡马克的主要目标是利用LHCD探索长脉冲(准)稳态先进运行模式以及研究相关的物理。在HT-7上开展低杂波电流驱动效率、快电子动力学的实验研究,尤其是快电子和剩余环电压的相互作用,以便为HT-7和即将建立的EAST的(准)稳态先进运行模式提供物理基础。本文根据低杂波物理研究的需要,发展了具有较高时间分辨率的软X射线能谱阵列用于电子温度剖面和金属杂质聚芯的测量。为了深入研究低杂波电流驱动实验下的快电子和剩余电场之间的相互作用,发展了测量20-300kev快电子韧致辐射(FEB)的切向阵列以及测量0.5-10MeV高能硬X射线(HXR)的NaI探测阵列。改造了原有的FEB垂直阵列,时间分辨率提高到lms,信噪比也得以提高。这些诊断是研究低杂波物理和高能电子动力学的关键工具。同时发展了红外相机监测芯部逃逸电子的动力学。主要研究内容包括:
⑴系统地研究了HT-7上低杂波电流驱动效率与等离子体密度、低杂波相位的关系。分析了热电导与剩余环电压相互作用对电流驱动的贡献。通过实验数据和Karney-Fisch理论曲线的对比,拟合得到了低杂波功率吸收份额以及低杂波被等离子体吸收后的折射率。在低密度LHCD实验下实现了变压器的反充电,最高效率达7%。在IBW与LHCD协同实验中,由于协同效应电流驱动效率增强30%以上。
⑵以FEB诊断为基础,研究了快电子的分布,快电子的慢化时间以及与剩余环电压的关系。利用切向FEB诊断研究了快电子在锯齿以及m=l模和MHD下的各类振荡行为。在高功率低杂波电流驱动下抑制了FEB辐射振荡。结合FEB和HXR诊断分析了低杂波电流驱动下逃逸增强的物理机制。快电子在环电压加速下向逃逸电子转化引起了逃逸的增强。在逃逸放电中,利用低杂波非感应电流驱动降低环电压实现了逃逸电子的抑制。
⑶研究了HT-7上欧姆放电下的逃逸电子动力学,为深入理解低杂波电流驱动下的逃逸物理提供基础。在HT-7上观察到了逃逸电子和磁场波纹的共振作用,在欧姆放电以及LHCD放电中观察到了逃逸电子的FPAS,它是逃逸电子和波的反常多普勒共振作用的结果。在低密度放电中观察到了改善约束的slide-away放电,采用电流压缩在更高的密度下实现了slide-away放电。