HT-7托卡马克上低杂波电流驱动下锯齿不稳定性的研究

摘要

在HT-7托卡马克上低杂波电流驱动条件下，我们在锯齿的上升段观察到一个新的m/n=1/1的扰动。这支模出现在锯齿的上升段，然后逐渐饱和、衰减并最终在下一次锯齿崩塌的前兆振荡出现之前消失了。为了与锯齿前兆振荡和后续振荡区分，我们称为“中间振荡”。它通常不会导致锯齿崩塌，其非线性演化行为与电阻撕裂模的非线性演化行为有点类似。中间振荡的出现说明锯齿的激发条件和m=1的模的激发条件是不同的，这是和Porcelli等人提出的锯齿激发模型相矛盾的。
　　 本文从理论上和实验上研究了中间振荡的激发机制包括快电子的动理学效应，以及中间振荡的最终稳定机制。中间振荡很有可能是电流梯度驱动的，并且浅俘获的高能电子的动理学效应是可以忽略的。我们提出在下一次锯齿崩塌前中间振荡的稳定很可能是由于m=1的磁岛导致局域快电子径向输运的增加从而使得电流分布平化引起的。这一模型可以解释不同实验条件下观察到锯齿和中间振荡的主要特征。为了获得足够精确的电流分布，以便将来定量分析EAST上的磁流体力学不稳定性的机制，我们最近采用Fortran和Matlab两种语言混合编写了一个平衡反演程序，反演计算的方法采用了EFIT程序中的算法。它已经被应用到EAST前两轮的放电实验中的位形计算，初步的计算结果与EFIT程序的计算结果是一致的。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章引言

1.1研究背景

1.2本论文的研究内容

第二章托卡马克中的磁流体力学不稳定性综述

2.1磁流体力学(Magnetohydrodynamics或MHD)描述

2.2托卡马克平衡简介

2.2.1托卡马克位形

2.2.2托卡马克平衡

2.3线性理想磁流体力学不稳定性

2.3.1能量原理

2.3.2扰动位能的表达式

2.3.3托卡马克中理想磁流体力学不稳定性

2.3.4比压极限相关

2.4电阻效应与非线性效应

2.4.1线性电阻撕裂模

2.4.2撕裂模的非线性发展

2.4.3m=1的电阻性内扭曲模

2.4.4新经典效应

2.5高能粒子效应

2.5.1鱼骨模

2.5.2阿尔芬本征模

2.6锯齿不稳定性的研究

2.6.1锯齿物理

2.6.2锯齿控制

2.7本章小结

本章参考文献

第三章HT-7上的磁流体力学不稳定性的实验观测分析手段

3.1实验观察手段简介

3.1.1磁探针

3.1.2软-X-射线诊断

3.1.3ECE诊断

3.2模式结构分析方法

3.2.1直观分析法

3.2.2富立叶分析方法

3.2.3奇异值分析方法

3.2.4断层反演(Tomography)方法

3.3本章小结

本章参考文献

第四章HT-7上低杂波条件下的锯齿上升段的m=1的内模不稳定性的实验观察结果

4.1实验观察背景

4.2模的基本特征

4.3中间振荡不同参数区间的稳定性行为

4.3.1中间振荡出现的低杂波功率阈值

4.3.2中间振荡的稳定性与等离子体电流和纵场的关系

4.3.3中间振荡的稳定性与等离子体密度和低杂波相位的关系

4.4中间振荡的激发机制的讨论

4.5本章小结

本章参考文献

第五章浅浮获高能电子驱动内扭曲模不稳定性的研究

5.1研究背景

5.2高能粒子的贡献

5.3电子鱼骨模的激发阈值

5.4与DⅢ-D实验结果比较

5.5关于HT-7中间振荡的讨论

5.6本章小结

本章参考文献

第六章HT-7上的m=1的内模不稳定性的动力学演化行为的研究

6.1理论模型

6.2计算结果与讨论

6.2.1解析分析

6.2.2数值计算结果

6.2.3讨论

6.3本章小结

本章参考文献

第七章EAST磁面平衡反演的初步研究

7.1EFIT平衡反演计算原理

7.2新平衡反演程序介绍

7.3EAST上平衡反演的初步结果

7.4对磁流体力学不稳定性分析的初步应用

7.5本章小结

本章参考文献

第八章总结与展望

8.1总结全论文

8.2展望未来

攻读博士学位期间发表论文及会议报告

致谢