电子回旋加热条件下的托卡马克等离子体输运研究

This program is mainly to carry out transport experiments with the newly established 3MW/68GHz and 2MW/140GHz ECRH system in HL-2A tokamak. It will be focused on the existence of the heat pinch term and also its relation to relevant physical quantities, and also focused on the regime of the particle pump out effect during ECRH experiments. With 8 gyrotrons working separately, continuous and modulation at different power levels can be carried out for the steady-state and perturbation transport study. The program will help to improve the heating efficiency of ECRH and also the analyses on the pioneer subjects such as pump out effect. Off-axis ECRH experiments will be carried out to detect heat pinch term ,so as to obtain its dependence on the enviromental parameters. The pump out effect helps to decrease the density peaking factor and reduce the central accumulation of impurities. How to control the pump out effect of ECRH is the second subject to be focused on. Central turbulence will be measured by microwave Doppler reflectometry, and simulated by turbulent codes, so that the scheme of heat pinch and pump out effect can be understood furthermore.

本项目拟以在HL-2A装置上建成的3MW/68GHz和2MW/140GHz ECRH系统为基础，开展ECRH条件下的输运实验研究，主要研究两个方面：一、热对流项的存在条件以及决定因素；二、粒子pump out现象产生的机制和抑制方法。热对流项的存在及其大小，影响热输运的正确表达，且在ITB存在的条件下，热对流项是能量传递的重要方式。本项目将开展离轴ECRH，探测热对流项对不同条件的依赖关系。粒子pump out效应具有降低密度峰化和排除杂质的双重作用，如何有效控制pump out效应，是本项目致力于解决的另一个难题。本项目将通过微波多普勒反射仪测量芯部湍流，以及通过对剖面进行湍流模拟分析，确定热对流和pump out效应产生的机制。

本基金项目按照项目计划书，开展了热对流项研究和粒子pump out现象研究工作，利用Weiland模型、HD7等物理模型，开展了热输运的理论和数值模拟，基于HL-2A装置开展了热和粒子输运的相关实验，特别是调制ECRH实验以及调制SMBI实验，通过对热输运实验和粒子输运实验的结果的分析，得到了热-粒子耦合输运的物理模型；在物理过程的分析上，基于S. Itoh和K. Itoh提出的非局域输运物理模型中找到了对应的理论基础。本基金项目基本上完成了项目计划书规定的研究任务。.通过本课题的工作，发展了综合对流项和CGM模型的经验模型，并且提出了热-粒子耦合输运的物理模型；对流项和CGM模型相结合的模型，可以基本反映输运的物理过程，特别是在基频幅度和相位的空间分布上，然而在高频部分，采用同一模型，高频部分的幅度和相位与模拟结果产生较大偏离，这一现象猜测与非线性输运过程相关联。本基金通过对S. Inagaki等人的工作的分析和研究，初步得到电子-热输运和粒子输运可能同时包含非局域输运和局域输运过程的结论。.Pump out现象是HL-2A装置上的一个常见的实验现象，本课题通过对ECRH加热单独实现H-模实验数据的分析，得到了pump out现象出现的基本条件，该现象主要与等离子体密度和温度相关，在高密度条件下，容易出现该现象，而线密度降低到1×1019/m3以下时，该现象不再明显。通过采用Weiland模型和HD7等物理代码所进行的数值模拟，得到结论为，在高密度条件下，ITG模式占主导，而在低密度条件下TEM模式占主导，而后者具有向内的粒子对流速度，容易造成峰化的密度分布。