J-TEXT装置上磁岛对等离子体湍流和热输运影响的实验研究

作     者：查献芊 

作者单位：华中科技大学 

学位级别：硕士

导师姓名：杨州军

授予年度：2023年

学科分类：08[工学] 082701[工学-核能科学与工程] 0827[工学-核科学与技术] 

主      题：磁岛 热输运 湍流 等离子体垂直旋转速度 

摘      要：在磁约束等离子体中,由磁力线的断裂重联而形成的磁岛是一种普遍的存在。磁岛可能会引起等离子体约束性能的下降甚至导致破裂,也可能会帮助形成内部输运垒,这些被认为都与磁岛引起的局部湍流输运的改变有关。对磁岛与湍流之间多尺度相互作用特征的详细研究对于改善等离子体约束具有重要意义,也是揭示磁约束聚变物理中潜在机制的一个关键方面。本文基于J-TEXT平台,利用共振扰动场(RMP)和电子回旋共振加热(ECRH)系统,通过多普勒反射计(DBS)和电子回旋辐射计(ECE)等诊断,开展了磁岛对等离子体湍流和热输运影响的实验研究。一方面,研究了3/1磁岛对湍流和等离子体流的影响,结果表明磁岛改变了湍流和流剪切率的极向分布。湍流输运集中在3/1磁岛的X点,湍流幅值和粒子通量在O点下降而在X点增加。流剪切率则在O点达到最大值,而在X点为最小值。这表明流剪切对湍流有抑制作用,磁岛通过改变等离子体的密度、温度梯度和流剪切等来改变湍流的分布。另一方面,研究了2/1磁岛对热输运和湍流的影响,结果表明磁岛的形成增强了芯部的热输运而减小了O点和X点附近的热输运,磁岛通过改变磁拓扑结构和局部湍流强度来影响热输运。磁岛中嵌套的磁面结构导致热脉冲在磁岛内为非单调传播,且延迟时间在O点达到极大值。随着磁岛宽度增大,O点的湍流强度越低,热脉冲传播速度也越慢。在磁岛X点附近,热脉冲虽为单调性传播,但传播速度与无磁岛相比却显著降低了,这可能是由于X点附近大幅降低的湍流水平导致的。