EAST托卡马克H模边界台基区磁扰动相干模的物理模型研究

To be compatible with high confinement performance and low collisionality of plasma with strong heating power, a Magnetic Coherent Mode (MCM) with toroidal mode number about 1 appears spontaneously in the H-mode pedestal of the EAST tokamak, which has distinct capacity to regulate the deposition intensity of boundary particle flux on the divertor target. Although the driving mechanism of MCM is not clear yet, the experimental results show that the frequency of MCM is close to the kinetic resonance frequency of the trapped thermal electrons, which exhibits a Alfvenic scaling on plasma parameters but has on dependence on energetic particles. Based on the experimental phenomena on EAST, this project is devoted to developing a two-fluid model with drift kinetic closure to analyze pedestal instability and the energy channel via the resonance. This modeling research not only helps to deepen the understanding of the plasma pedestal physics, but also gives a valuable reference for the application of MCM and the prediction of the behavior of MCM in the future fusion device.

在EAST托卡马克高约束模式（H模）的边界台基区域，经常自发出现一种具有明显磁扰动且环向模数在1附近的磁扰动相干模（MCM），MCM的存在不依赖高能粒子，其驱动机制尚未明晰。实验表明MCM不仅能与高加热功率下的低台基碰撞率、高参数等离子体相兼容，而且能显著调控边界粒子输运通量在偏滤器靶板上的沉积分布，因此MCM具有重要研究价值。为了理解MCM的驱动机制，本项目拟运用漂移动理学理论方法，分析台基自由能激发MCM的共振机制，考察MCM特征频率既符合阿尔芬频率定标关系又接近台基区捕获热电子动理学共振频率的性质；把MCM的动理学性质进行流体近似表述，构建能反映MCM性质的完备双磁流体力学模型，探索MCM存在的等离子体参数空间。本项目的开展不仅有助于加深对EAST上H模等离子体台基稳定性物理的理解，而且通过对MCM物理机制的探索，可以为该模式的控制，以及其在未来聚变堆装置中的行为预测和应用提供参考。

针对EAST托卡马克高约束模式（H模）边界台基区域的磁扰动相干模（MCM），本项目研究表明该模式可以被台基自由能通过捕获热电子动理学共振激发，即MCM的激发不依赖高能粒子；把热电子的动理共振效应耦合到流体方程，发展了能反映MCM性质的动理-磁流体混合物理模型，模型结果与实验现象相符，显示MCM特征频率符合阿尔芬频率定标关系且环向模数在1附近，并证明了MCM是一种非高能粒子激发的新的环效应阿尔芬本征模。探索了MCM存在的等离子体参数空间。本项目的开展不仅有助于加深对EAST上H模等离子体台基稳定性物理的理解，而且通过对MCM物理机制的探索，可以为该模式的控制，以及其在未来聚变堆装置中的行为预测和应用提供参考。