J-TEXT上锯齿振荡行为的实验研究

来源 :华中科技大学 | 被引量 : 7次 | 上传用户:wcfsoa2009
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锯齿振荡是托卡马克等离子体最重要的宏观磁流体不稳定性(MHD)之一。一方面,锯齿崩塌会激发新经典撕裂模(NTMs)的种子磁岛,可能引发等离子体大破裂,对装置造成巨大的破坏;另一方面,未来的聚变堆ITER需要锯齿振荡成为等离子体芯部向外排出氦灰的一种手段,因此需要研究锯齿物理以实现锯齿控制。为了研究共振螺旋场(RMPs)对锯齿的影响,改造了J-TEXT上的软X射线诊断系统,开发了J-TEXT上软X射线辐射信号相关的数据处理程序,研究了J-TEXT上欧姆放电中锯齿特性的实验研究,进行了外加共振螺旋场对锯齿作用的实验研究。  本文依托于J-TEXT托卡马克装置建设了五个软X射线阵列,并完成了诊断配套的数据分析程序。1)软X射线诊断包括三个成像阵列和两个局域观测阵列:探测器接收能量为0.5 keV-10 keV的软X射线,其中成像阵列空间分辨率为1.5 cm,覆盖了等离子体中锯齿和m=1模影响的区域r<23cm(等离子体小半径a=25-27 cm),另外两个阵列的径向分辨率为0.5 cm,分别观测r<15 cm和r>10 cm的MHD现象。基于软X射线诊断数据,开发了相关的数据分析算法:使用两点相关分析方法,得到了微弱信号在等离子体剖面上的相位分布,从而获得了微弱信号的模数;利用双谱分析的方法,获得了1/1模和2/1模的模耦合信息;通过反演成像研究了锯齿振荡和1/1模的演化过程,研究锯齿振荡的基本物理特征。  本文研究了 J-TEXT上典型参数下的锯齿崩塌,发现符合“不完全磁重联模型”。J-TEXT上的锯齿周期范围为1?6 ms,锯齿崩塌时间为20-120μs,锯齿前兆的1/1模频率范围为4?10kHz,而后续1/1模频率范围要比前兆模频率要低2kHz,实验中还发现双锯齿现象、m/n=2/2模以及锯齿和撕裂模共存等实验现象。软X射线阵列信号经过反演重建,得到了锯齿振荡过程的剖面演化。演化过程显示在锯齿崩塌过程中,等离子体中心q=1面内存在有圆形的“热芯”和“月牙形”的“冷岛”。另外锯齿崩塌后持续存在1/1模,说明崩塌前后等离子体中心的安全因子 q0<1,因此这种锯齿崩塌符合“不完全磁重联模型”。  本文进行了螺旋场对锯齿振荡影响的探索性实验研究,发现m/n=2/1和2/2螺旋场对锯齿有影响,而1/1螺旋场的作用不明显。(1)2/1螺旋场穿透时,会使锯齿振荡消失并激发1/1模。实验研究发现,这类1/1模的频率为1.3?3.2kHz,模频率与电子密度成正比,它既可以与锁住的2/1撕裂模共存,也可以与转动的2/1模共存并存在耦合现象。(2)开展了m/n=2/2和1/1的螺旋场对锯齿振荡作用的实验研究。发现2/2分量的螺旋场可以抑制m/n=1/1和2/2模,同时使锯齿周期变长,而1/1分量对锯齿周期影响较小,只观察到对1/1模略有抑制的作用。
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