HL-2A托卡马克芯部湍流的实验研究

研究等离子体湍流的形成、抑制与非线性转化对提高等离子体总的约束性能，对未来聚变堆点火和自持燃烧具有重要的意义。为了维持聚变堆自持燃烧，需要主动控制由湍流引起的反常输运。本项目将（1）发展和完善用于芯区等离子体湍流测量的微波诊断系统；（2）研究深度超声分子束加料和弹丸注入条件下的湍流变化特征。深度加料不仅可以提高加料效率，同时也是控制等离子体剖面的有效手段。通过等离子体剖面的控制来控制湍流、输运，摸索在深度加料条件下等离子体湍流、输运的主动控制方法。（3）研究在大功率电子回旋加热与电流驱动条件下，芯区等离子体湍流的演化规律。利用大功率电子回旋加热与电流驱动，在等离子体中产生输运垒，研究剪切与湍流输运之间的关系，研究在不同电流驱动功率比下，芯区等离子体湍流的能量转移问题，摸索在大功率辅助加热和电流驱动条件下等离子体约束、湍流与输运的主动控制方法。

本项目“HL-2A托卡马克芯部湍流的实验研究”自项目启动以来，项目组根据研究任务在诊断系统改进，超声分子束实验和ECRH实验分别研究了湍流的变化规律，分析了产生内部输运垒的条件，研究了在内部输运垒期间的电子热输运和湍流的非线性相互作用。（1）首先在诊断系统改进方面，使等离子体电子密度分布的时间分辨达到20us，空间分辨达到人0.5cm；电子温度时间分辨达到1us，空间分辨达到2cm；等离子体湍流和极向旋转分布测量范围覆盖从等离子体边缘到芯部。这些技术改进和诊断系统完善使我们初步具备了在国外一些先进装置上才有的诊断能力，在本课题开展芯部等离子体参数诊断中起到重要的作用。（2）在深度加料实验研究方面，研究了超声分子束注入引起的芯部电子温度升高，分析了出现芯部温度升高这种暂态的非局域内部输运垒的产生条件。首次观察到在内部输运输运期间，芯部的湍流受到抑制，与等离子体中出现的具有较高极向相关性的低频相关模有关。（3）在ECRH关断实验中，也观察到芯部电子温度升高和湍流受到抑制，分析了ECRH关断的位置与芯部电子温度升高的关系，研究了了湍流的相关性，发现在等离子体芯部q=1到q=2面之间存在一个较强的极向相关结构，其对芯部温度升高和湍流抑制有帮助作用。（4）研究了内部输运垒存在期间的电子热输运和湍流的非线性相互作用，发现在输运垒区电子的热输运系数大大降低，这与观察到的湍流被抑制的结果一致。采用幅度相关法和高阶谱的方法分析了湍流的非线性能量转移，发现在内部输运垒期间，湍流的能量向低频的方向传递，导致形成了对约束改善起作用的极向相关结构。.项目实施三年来，共发表与本课题研究内容相关的文章11篇，参加会议10余人次，获得了中核集团公司优秀国防科技报告奖1项，专利申请2项，在诊断和物理实验方面培养了2名硕士研究生。