J-TEXT装置电子回旋电流驱动下快电子与逃逸电子行为的研究

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电子回旋电流驱动(Electron Cyclotron Current Drive,ECCD)系统可以通过驱动非感应电流改变电流密度剖面、抑制新经典撕裂模等,有助于维持高约束与高比压等离子体。自1980年Fisch提出ECCD理论,在不同国家的托卡马克装置中ECCD实验都取得了明显的进展,J-TEXT托卡马克于2019年也发展了ECCD系统。为了深入理解ECCD与等离子体的相互作用以及优化ECCD实验,本论文在J-TEXT上开展与ECCD相关的快电子动力学的实验研究。根据电子回旋波物理研究的需要,本论文升级了配备多通道脉冲高度分析仪的快电子轫致辐射诊断。该诊断主要测量30~300 ke V的快电子韧致辐射,共有9道观察弦,能够详细研究快电子的径向分布和能量演化。利用该诊断研究了快电子能量与ECCD之间的关系,根据关断后的慢化过程得到快电子的扩散系数。通过不同径向位置的探测器给出快电子的分布,并经过Abel反演处理,将实验结果与计算的ECCD功率沉积位置比较,表明通过快电子的分布可以反映ECCD的沉积位置。系统地研究了J-TEXT上ECCD产生快电子与等离子体密度、电子回旋波功率、注入环向角之间的关系。此外,在关闭ECCD后,快电子的能量迅速增加,这可能是低电子密度下环电压将快电子加速的结果。本论文系统地研究了低密度放电的情况下,ECCD对逃逸电子的抑制作用。通过能谱给出了ECCD期间硬X射线光温的变化,对比不同能段的硬X射线发现逃逸电子的慢化增强了快电子。验证了通过Conner理论结合导心运动、回旋辐射、磁扰动对逃逸电子能量的损失建立的阈值电场模型,与ECCD投入期间降低的环向电场对比,证明了ECCD驱动的非感应电流使得环向电场低于阈值电场,进而抑制了逃逸电子的产生。同时,本论文还研究了影响ECCD抑制逃逸电子的因素,包括功率、等离子体密度、磁扰动模式与幅度等等。此外,还观察到在欧姆放电以及ECCD时逃逸电子的快速投掷角散射现象,ECCD的投入也会降低投掷角散射的周期。
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