论文部分内容阅读
等离子体破裂是托卡马克中无法避免的重要问题。破裂期间等离子体表面形成的halo会给装置带来巨大的电磁力。特别地,破裂期间因为等离子体扭曲会导致halo电流环向分布不均匀,造成局部受力偏大,同时halo电流可能会伴有环向低频旋转,造成装置整体共振。因此研究halo电流物理机制对装置安全和下一代聚变装置工程设计尤为重要。 EAST是非圆截面的全超导托卡马克聚变实验装置,等离子体在垂直方向是不稳定的。实验中破裂放电已经避免不了,论文一开始,我们将所有破裂放电归类,建立起了破裂数据库,数据库主要包含有破裂前等离子体物理参数,如有效电荷数(Zeff)、破裂前等离子体电流(Ip)、电流变化率(didt)、加热功率(Pheating)、等离子体截面积(Area),这些物理参数对研究halo电流物理特性是很有帮助的。然后,为了精确测量halo电流大小、环向不对称性等参数,我们在装置极向、环向都安装了一系列罗氏线圈,这些线圈均通过了高温真空测试要求,互感系数也得到了标定,实验结果表明线圈可以满足测量要求。 在这些硬件基础上,我们发展了丝电流模型,并观测到了Halo电流演化图像。通过实验观察及数据分析结果,显示石墨偏滤器上halo电流直接流经铬锆铜热沉最终返回等离子体中去,只有少量电流会经过不锈钢支撑座和中心螺线管。halo电流环向不均匀因子不超过2,最大halo电流占等离子体电流40%。而对于钨铜偏滤器,通过极向分布的罗氏线圈测量数据观测到,halo电流从外靶板进入,其间经过cassette而后从内靶板回到等离子体中去。进一步观测发现,流经冷却水管的电流非常小,这可能是由于冷却水管与偏滤器之间接触电流较大。实验中,还观测到因等离子体上下振荡导致支撑腿上电流低频振荡,这同样会使得装置零部件持续疲劳受力,导致使用寿命缩短。 最后在主动充气缓解实验初步观测到,等离子体辐射剂量增强,总的halo电流会减小许多,但由于EAST上只有K窗口一处充气阀门,缓解过程中环向halo电流不均匀性增加。这些结果是破裂缓解下halo电流三维结构研究的阶段性工作。