EAST托卡马克高约束模台基结构特征的实验研究

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H模是托卡马克运行的一种高约束模式,其特征之一就是等离子体边界温度和密度的分布呈一个斜坡,形成台基结构。在台基区域热流和粒子流减小并且等离子体的约束提高。台基的结构特点是目前托卡马克物理研究的一个重要课题。对台基结构的研究,可以对未来高参数等离子体放电提供一定的指导。本文针对EAST台基结构的特点进行一定的研究,其主要研究内容包括:  (1)介绍EAST上测量边界台基参数分布的诊断,主要是汤姆逊散射诊断,其可以测量等离子体台基区电子温度和密度的分布,从而观察台基结构特点。把汤姆逊散射诊断数据引入EFIT反演程序,提高了EFIT反演的精度。由于汤姆逊散射诊断有限的空间分辨率,需要通过算法对台基结构进行拟合,从而分析其特点。本文介绍了三种拟合台基结构的算法(双曲正切算法,修正的双曲正切算法和两条线算法),并且通过模拟和实验两个方面验证其中最适合拟合EAST台基区的算法,得出两条线法在可重复性和对称性上优于双曲正切和修正的双曲正切法,更适合EAST台基结构的拟合。芯部汤姆逊散射诊断在边界目前有13个测量点,在16年下半年会增加至19个点。比较13个点和19个点在两条线法模拟下的结果对台基区结构的影响,发现19个点拟合台基区优于13个点,从而得出需要进一步提高诊断的空间分辨率。  (2)介绍了EAST与台基结构相关的等离子体参数,对台基的结构参数与等离子体参数之间的依赖关系进行了研究。表现台基结构特点的主要参数包括台基高度、宽度和梯度,通过研究发现台基高度与等离子体宏观参数之间有着密切的联系。台基的密度高度与弦平均密度呈线性关系,而温度高度可以通过一个热传导模型对其进行预测。对于台基的宽度来说,可以使用无量纲参数对其进行定标。对于台基的梯度来说,通过分析发现其与台基高度呈线性关系,且不受其它参数的影响。  (3)对于芯部等离子体,台基区相当于一个底座,台基高度的增加相当于抬升了等离子体芯部。定义等离子体的温度梯度标长,可以发现在等离子体芯部区域的温度梯度标长几乎保持不变,此现象称为刚性。由于刚性的出现,可以发现台基高度与芯部高度之间呈线性增加,但是随着台基温度的增加,芯部增加的比例开始变低。在台基区域,刚性现象会变得不明显甚至消失,在边界区域温度梯度标长和密度梯度标长之间有着一定的联系,并且两者之间的梯度标长比与台基区有着密切的联系。  (4)预测EAST台基结构的参数有着重要的意义。基于台基压强与温度密度之间的关系,建立预测EAST装置Ⅰ型ELMy H模台基结构的模型。研究表明台基密度与弦平均密度成线性关系,而压强梯度近似于第一类气球模不稳定性爆发时的临界值。在此基础上,研究了六种不同预测台基压强宽度的模型,对台基的温度高度初步开展了预测研究,得出归一化极向比压模型是最适合EAST台基宽度的模型。
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