长脉冲条件下EAST快离子分布研究

Fast-ion confinement and transport is one of the most important issues to realize self-sustainable ignition on International Thermonuclear Experimental Reactor (ITER), and the behavior of fast-ion distribution and transport provides a robust basis for ITER high-performance plasma operation. On the EAST tokamak, with the development and improvement of the auxiliary heating and current drive systems, the fast-ion related physical issues become essential elements of the EAST project, and also crucial for achieving EAST scientific objectives. Using Fast-Ion D-Alpha (FIDA) diagnostic systems, and combining modeling and experiments, this project will be carried out on EAST to investigate: 1) the validation of FIDA measurement and analysis; 2) the various behavior of fast-ion distribution and transport due to different external sources, and the effect of fast ions on plasma performance, to explore effective adjustment of fast-ion distribution; 3) the evolution of fast-ion transport behavior towards long-pulse operation conditions for emphasis, to develop EAST steady-state high-performance regimes further. This proposed research will relate the fast-ion distribution studies with the long-pulse plasma operation closely, and the expected results will provide valuable experience and offer direct guidance to ITER.

快离子约束和输运是国际热核聚变实验反应堆ITER实现自持燃烧最关键的物理问题之一，快离子分布特征及输运行为是理解高参数等离子体性能的重要物理基础。随着EAST多种辅助加热方式平台的建立以及加热功率的不断提高，快离子物理相关课题已经成为EAST实现其科学目标的重点研究方向。本项目基于EAST装置上快离子Dα（FIDA：Fast-Ion D-Alpha）诊断，结合具体实验和数值模拟：1）开展FIDA测量和数据分析可靠性验证的研究；2）开展快离子分布特征和基本输运行为与加热方式的关系，以及对等离子体性能影响的研究，为实现快离子分布的有效调节提供物理参考；3）重点开展长脉冲条件下快离子输运行为特性的研究，为进一步稳态高性能运行区间的拓宽提供实验依据。本项目紧密结合EAST高功率长脉冲开展快离子分布研究，其研究结果对ITER将具有直接的参考价值和重要意义。

快离子约束和输运是国际热核聚变实验反应堆ITER实现自持燃烧最关键的物理问题之一。随着EAST多种辅助加热方式平台的发展以及加热功率的不断提高，快离子分布特征及输运行为是理解高参数等离子体性能以及实现EAST科学目标的重要物理基础。本项目围绕着课题计划任务书的研究内容和预期指标，基于EAST装置上快离子诊断，通过不断的发展和完善，并结合具体实验和数值模拟：1）实现了快离子速度空间测量和数据分析可靠性验证的研究：发展快离子时空分布相关诊断，结合TRANSP/NUBEAM相关快离子分布函数理论模型以及FIDAsim模拟FIDA（Fast-Ion D-Alpha）谱线分布并验证测量，并采用层析反演方法可以直接根据FIDA测量获得快离子分布函数并验证，同时利用ORBIT验证第一轨道损失测量，获得合理可靠的快离子实验信息；2）建立了EAST快离子实验基本行为图像：不同加热条件下快离子分布特征和基本输运行为与加热方式的关系，以及对等离子体性能影响的研究，为实现快离子分布的有效调节提供物理参考；3）重点开展了长脉冲条件下快离子输运行为特性的研究：针对未来先进运行模式，即高约束高自举高比压稳定态运行模式，基于DIII-D/EAST联合实验，侧重分析了EAST以及DIII-D上快离子约束行为及相关不稳定性影响，为进一步稳态高性能运行区间的拓宽提供实验依据。本项目紧密结合EAST高功率长脉冲开展快离子分布研究，其研究结果对ITER及CFETR稳态运行将具有直接的参考价值和重要意义。