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。