EAST多道电子回旋辐射诊断的实验研究

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本论文详细介绍EAST多道电子回旋辐射外差系统(HRS)研制过程,并且EAST装置开展了关于电子热输运以及芯部MHD不稳定性和高能粒子行为等物理研究。其中在诊断研制方面,成功研制的EAST多道电子回旋辐射外差系统,可在EAST纵场2.3 T等离子体放电中测量EAST等离子体径向全空间的电子温度分布及涨落信息;此外,作者参与研制了用于涨落测量的微波反射计。目前,该系统主要用于EAST实验H模台基湍流行为的研究。在物理研究方面,利用HRS系统,分析了EAST等离子体H-L转换过程中的电子热输运的行为;同时,观测了NBI加热下出现的芯部MHD不稳定性以及高能粒子行为。此外,利用反射计研究了EAST装置H模ELM-free期间的台基湍流行为。  论文的第一章介绍了托卡马克等离子体中电子回旋辐射等相关物理知识,以及电子回旋辐射(ECE)的测量原理。随后在论文第二章详细介绍了EAST装置32道电子回旋辐射外差系统的研制过程。  在论文第三章,对比研究了EAST等离子体H-L转换过程中电子热输运的行为。实验中对比了两种类型的H-L转换机制。第一种转换时出现了dithery过程,等离子体参数,如内能、电子密度等,通常处在相对较低的水平。在这种H-L转换中,随着dithery的进行,辐射功率逐渐增加,并且杂质辐射也明显增强。第二种H-L转换通常出现在等离子体宏观参数较高的H模中,通常在H-L转换时出现一次ELM崩塌,并且引起约束的变差。在这种H-L转换时,ELM崩塌使得边界ECE辐射功率迅速下降(归一化半径范围ρ=-0.6≈-0.78),以及芯部区域ECE辐射功率的上升。芯部响应时间在10 ms以内,远小于电子热扩散的特征时间。在第二种H-L转换中,辐射功率通常在ELM出现前200 ms左右迅速增加。在ELM出现之前,等离子体密度和内能等宏观参数基本保持不变。  基于EAST实验中诸如NBI,ECRH等大型辅助加热手段的应用,高能粒子激发的各种MHD不稳定性将成为重点课题之一。在论文第四章将介绍与高能粒子相关的几种典型MHD不稳定性模式,如鱼骨模,阿尔芬本征模,阿尔芬级联等,以及高能粒子引起的输运过程。此外,基于HRS系统对芯部等离子体的测量结果,简要介绍了EAST等离子体NBI注入时,芯部MHD不稳定性以及高能粒子行为等实验观测。  论文的第五章首先介绍了微波反射计测量密度涨落的原理以及各大托卡马克实验装置的发展情况。随后给出EAST用于涨落测量的反射计的研制过程。在EAST实验中,利用这套系统,研究了EAST等离子体H模ELM-free阶段的电磁相干模和静电谐频模的行为特征。实验中发现,电磁相干模与静电谐频模之间存在一个P1CRF/Ptotal的阈值。当P1CRF/Ptotal>0.7时, ELM-free阶段通常出现电磁相干模的结构;P1CRF/Ptotal减小到0.7以下,则有静电谐频模出现。此外,对比了两种模在Wdia和ne等参数的不同,证明了电磁相干模出现时ELM-free阶段等离子体约束性能更好。  最后,在论文的第六章,简要介绍了HRS系统测量HT-7等离子体2/1模的磁岛宽度的过程。这也验证了HRS系统测量的可靠性。HRS系统也将用于EAST等离子体NTM有关的实验研究中。
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