HL-2A/2M装置上快离子不稳定性的缓解和控制研究

Mitigation and control of magnetohydrodynamic (MHD) modes is an important issue for sustaining high-performance plasmas in toroidal fusion devices, e.g.,tokamaks. Energetic alpha particles produced through the deuterium-tritium reaction and fast ions used for plasma heating, which have a velocity comparable with the Alfven velocity, can resonance with shear Alfven waves, and excite Alfven modes (AMs), resulting in enhanced radial transport of the energetic ions. AMs have been experimentally observed in tokamaks. Enhancement of energetic-ion transport by the AMs has been reported to have deleterious effects. Even a small fraction of alpha power loss in a burning plasma can seriously damage plasma-facing components. At present， much attention is focused on gaining a predictive capability for these instabilities in future devices through modelling and extrapolation of current experimental results,but less attention has been paid to mitigate and control techniques. A technical scheme of suppressing a particular type of Alfvenic mode is advantageous and required to be developed. Such a control technique could be used to prevent excessive energetic-ion loss and plasma-wall damage. It would also provide the opportunity to investigate the properties of specific instabilities. So the mitigation and control of energetic-ion driven instabilities need to been studied intensively in experiments.

在环向聚变反应器（如托卡马克）中，磁流体模式的缓解和控制对维持高性能的等离子体是一个重要的问题。氘氚反应产生的高能阿尔法粒子和用于等离子体加热的快离子的速度与阿尔芬速度可比，这些粒子能够和剪切阿尔芬波发生共振，进而激发阿尔芬模。这些阿尔芬模会提升高能量粒子的径向输运。阿尔芬模已经在很多托卡马克实验中被广泛观测。阿尔芬模导致高能离子输运的提升已经被报道有破坏性效应。在燃烧等离子体中，即使是少量的阿尔法粒子功率的损失也能严重破坏等离子体的第一壁组件。目前，更多关注的是通过现有实验结果的模型和外推来预言将来设备中这些不稳定性，而很少关注这些不稳定性的缓解和控制技巧。抑制个别类型的阿尔芬模的技术方案是有用的和需要发展的。这样的控制技巧能用来阻止过量高能离子损失和等离子体壁的破坏。这样的控制技巧也能提供研究个别不稳定性的特性机会。因此，快离子不稳定性的缓解和控制需要大力开展实验研究。

在环向聚变反应器（如托卡马克）中，磁流体模式的缓解和控制对维持高性能的等离子体是一个重要的问题。在燃烧等离子体中，即使是少量的阿尔法粒子功率的损失也能严重破坏等离子体的第一壁组件。目前，更多关注的是通过现有实验结果的模型和外推来预言将来设备中这些不稳定性，而很少关注这些不稳定性的缓解和控制技巧。抑制个别类型的阿尔芬模的技术方案是有用的和需要发展的。这样的控制技巧能用来阻止过量高能离子损失和等离子体壁的破坏。因此，快离子不稳定性的缓解和控制需要大力开展实验研究。在这个项目的支持下，我们开展如下几个方面的研究：(1) 阿尔芬模的演化特征；(2) 快离子损失过程；(3)阿尔芬模不稳定性及快离子损失的缓解和控制。这项研究取得了一系列重要研究成果：发表了SCI论文10多篇，参加多次国内国际会议并做了多次口头和邀请报告，培养多名研究生。这些结果的取得为托卡马克等离子体中阿尔芬波和快粒子物理做出了重要贡献，也为进一步开展燃烧等离子体物理的研究提供了实验支持。