J--TEXT上本征转动变化的机理研究

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等离子体环向转动在L-H模转换、致稳磁流体不稳定性和抑制等离子体湍流上起着重要作用。等离子体可以在无外加动量源的条件下自发旋转。理解等离子体环向本征转动机制是重要的,可以为未来核聚变反应堆设计和运行提供指导。因此等离子体环向本征转动研究是磁约束核聚变领域的热门方向之一,并且依然存在一些值得被解决的开放问题。
  J-TEXT上的弯晶谱仪可以用于测量等离子体芯部环向转动速度,J-TEXT上也进行了芯部本征转动的实验研究。为了进一步研究J-TEXT上等离子体芯部本征转动变化的机理,GENE模拟代码首次被安装在J-TEXT服务器上。基于回旋动理学的GENE模拟代码是一种开源的微观湍流模拟代码,可以有效地计算磁约束聚变等离子体回旋半径尺度的涨落和相应的输运系数。
  J-TEXT上开展了欧姆加热下芯部本征转动定标实验。本文选取了J-TEXT上欧姆加热下密度爬升实验的典型实验数据,结合线性局部数值模拟代码GENE分析了0.2a至0.4a之间的等离子体湍流模式。在密度爬升期间0.2a处等离子体湍流主导模式是ITG模式,而0.3a和0.4a处等离子体湍流主导模式是TEM模式。在0.2a处低密度阶段等离子体湍流模式是ITG和TEM混合模式,而在高密度阶段等离子体湍流模式只有ITG模式。在0.2a处对流项为负值,动量箍缩朝内,增强反电流方向转动。残余应力在等离子体密度爬升期间由正值转变为负值,方向有向外转变为向内,由增强同电流方向转动转变为增强反电流方向转动。模拟结果与密度爬升期间等离子体转动向反电流方向增大这一实验结果相一致,为实验结果提供了解释。
  本文选取了J-TEXT上ECRH辅助加热下本征转动实验的典型实验数据,结合线性局部数值模拟分析了0.2a至0.4a之间的等离子体湍流模式。在ECRH投入前和关断后,湍流主导模式是ITG模式。在ECRH投入使用期间0.2a和0.3a处的等离子体湍流模式是ITG和TEM混合模式,0.4a处的等离子体湍流模式是TEM模式。因此0.2a至0.4a处ECRH投入后和ECRH关断后等离子体湍流模式均发生了变化。在0.2a处对流项为负值,动量箍缩朝内,增强反电流方向转动。残余应力在ECRH投入前、投入中和关断后均是正值,增强同电流方向转动。但是相比于ECRH投入前,ECRH投入后残余应力增大,增强了同电流方向转动的增强效果。而相比于ECRH投入中,ECRH关断后残余应力减小,削弱了同电流方向转动的增强效果。模拟结果和ECRH投入期间等离子体芯部本征转动向同电流方向增加而ECRH关断后本征转动向反电流方向增加这一实验结果相一致。
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