高能电子驱动的不稳定性的实验研究

高能粒子不稳定性是托卡马克等离子体物理研究的重要内容之一。在ITER的大功率非欧姆加热条件下，等离子体压强会提高。但是这种提高会受到芯部磁流体不稳定性的限制，尤其是高能快粒子驱动的磁流体不稳定性，如鱼骨模不稳定性、各种阿尔芬本征模(AE)和高能量粒子模(EPM)不稳定性的限制。这些不稳定性会导致高能粒子的反常快速损失、降低高能粒子的加热效率和可能损坏第一壁。这些不稳定性的研究和控制将是ITER面临的重要问题。因此，在具备大功率非欧姆加热条件的HL-2A上开展相关的研究，对ITER，对聚变堆都是十分有意义的。本项目将在HL-2A装置上开展高能电子驱动不稳定性的研究。从实验上探索高能电子驱动的不稳定性特征及演化规律，系统研究集中于模的识别，模的稳定性、及这些不稳定性对等离子体约束性能的影响等。

在本项目的资助下，HL-2A装置上的高能量电子驱动的不稳定性被进行了详细研究。一些优秀的实验结果已经取得。. 在强撕裂模（TM）期间，发现了能量粒子测地声模（EGAM）。比压阿尔芬模（BAE）和EGAM导致的密度扰动首次用微波多普勒反射进行了测量。向理论预测的那样，测量结果表明EGAM磁扰动的模数为m/n=2/0，并且局域在等离子体芯部。EGAM的模频率低于传统GAM的频率，并且在径向方向是常频。我们的实验结果暗示，欧姆等离子体中，EGAM的激发存在密度限，并且在ECRH和中性束（NBI）加热的情况下，密度限会提升。磁扰动和密度扰动的自相干双谱和互相干双谱表明，在EGAM，BAE及TM期间存在强的非线性相互作用。相关结果已经发表在Physics Letters A和Nuclear Fusion上。. 在强的电子回旋共振加热期间（ECRH），观测到了电子鱼骨模的频率跳变行为。当ECRH功率超过0.9MW及等离子体密度低于0.7*10^（19）m^(-3)，电子鱼骨模频跳出现。电子鱼骨模的低频和高频分支都局域在q=1面附近，并且模数分别为m/n=1/1和m/n=2/2。通过硬X射线测量，发现20-30keV和40-60keV的高能量电子与低频和高频分支的鱼骨模激发相关。相关结果已经发表在Nuclear Fusion上。. 在强的电子回旋共振加热期间（ECRH），首次观测到了多模BAE现象。软X射线及Mirnov信号分析表明，三个模频率范围为f3～16-32 kHz, f2～15-28 kHz and f1～10-22 kHz，并且模数分别为m/n=2/1, 5/2 and 3/1，并且它们的都鉴定为BAE模。相关结果已经发表在Nuclear Fusion上。. 这些新的观测将帮助我们理解子阿尔芬频区扰动激发的潜在物理机制。