托卡马克杂质输运研究获进展

来源: 中国科学院合肥物质科学研究院

发布日期: 2017-12-22 07:30:00

中科院合肥物质科学研究院等离子体物理研究所在 EAST 托卡马克装置上,通过研究 4.6 GHz 低杂波对高 Z 金属杂质聚芯的抑制作用,取得了重要进展。研究揭示了低杂波在降低杂质约束时间和提高等离子体约束性能方面的有效性,为高性能、稳态和长脉冲等离子体放电提供了理想模式。

近期,中科院合肥物质科学研究院等离子体物理研究所吴振伟课题组在 EAST 托卡马克装置上,利用自发的瞬态杂质爆发事件重点研究了 4.6 GHz 低杂波对高 Z 金属杂质聚芯抑制作用,并取得重要进展。托卡马克芯部的高 Z 金属杂质输运是核聚变研究的重要问题。高 Z 杂质在等离子体芯部聚集会严重影响等离子体的约束性能,因为等离子中存在的杂质不仅会稀释主等离子体浓度,还会带来严重的辐射功率损失。

而高 Z 金属杂质聚芯则会带来更为严重的问题:由于 H 模放电过程中的约束改善,杂质很容易聚芯,并由此会导致 H 模难以长时间地稳态维持下去;高 Z 杂质聚芯还有可能激发出芯部 MHD 不稳定性,甚至导致等离子体的破裂。主动实现抑制高 Z 的杂质聚芯是实现高性能、稳态和长脉冲等离子体放电的重要课题。

课题组利用 EAST 上自发的瞬态杂质爆发事件,研究了铁和铜在低杂波(LHW)加热条件下、无锯齿等离子体中的杂质约束特性。通过对欧姆和 LHW 加热低约束模(L 模)的杂质约束时间对等离子体参数的依赖关系的研究,发现 LHW 可以有效地降低杂质约束时间,并由此给出了符合 EAST 的杂质约束时间定标(该定标关系和法国 Tore Supra 装置、欧洲联合环 JET 装置定标律一致)。

对 LHW 加热的 H 模下的杂质约束时间分析表明,在高再循环(HER) H 模放电中,边界存在 ~25 kHz 的边界准相干模(ECM)。由于这种放电条件下的杂质约束时间较低,并伴随着较高的能量约束时间,这将是等离子体高参数、稳态和长脉冲运行的一种理想模式。

相关研究成果以 Investigation of impurity confinement in lower hybrid wave heated plasma on EAST tokamak 为题发表在核聚变领域期刊 Nuclear Fusion 上。

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