新经典环向粘滞理论模型和EAST托卡马克中相关实验的研究

Neoclassical toroidal viscosity (NTV) theory and modeling will be further developed and related experiments will be studied on EAST tokamak, after we get the support from this funding. Theoretically, we will study the intrinsic rotation determined by the NTV effect in tokamaks, predict the intrinsic rotation on ITER determined by the neoclassical toroidal viscosity effect via numerical modeling, and extend the NTV theory for MHD mode with finite real frequency or rotating external magnetic perturbation. Experimentally, we will investigate the toroidal momentum dissipation with MHD perturbation such as sawtooth and Edge Localized Mode (ELM) crash, and compare it with theoretical modeling of the momentum dissipation with the NTV torque.

本项基金将被用于进一步发展新经典环向粘滞理论模型和在EAST上开展相关实验研究。我们将采用理论实验相结合的研究方式。理论上，我们将利用我过去开发的新经典环向粘滞模型，模拟由新经典环向粘滞决定的等离子体内禀旋转的特性，和ITER上三维磁扰动引起的新经典环向粘滞效应，预言ITER上由新经典环向粘滞决定的内禀旋转;拓展新经典环向粘滞理论模型，使之适用于具有实频的磁流体力学不稳定模式和旋转磁扰动情况下的制动效应模拟。实验上，我们将结合实验数据测量和动量输运分析，在EAST上研究锯齿和边界局域模崩塌等磁流体力学不稳定性引起的环向动量耗散，并且和新经典环向粘滞理论模拟的结果做比较。

新经典环向粘滞（NTV）是近年来托卡马克磁约束中三维物理研究的一个最重要的物理效应之一，对于理解共振磁扰动下等离子体响应以及边界局域模控制机理至关重要。本项目的研究内容是进一步发展新经典环向粘滞理论模拟并应用与实验观察的三维磁扰动引起的旋转制动的物理分析中。在该项目的支持下，主要开展了新经典环向粘滞理论模型发展和实验对比研究应用。进一步发展了新经典环向粘滞理论模拟模型程序，数值检验了K.C.Shaing的Refined的新经典环向粘滞公式的可靠性；发现在较低的碰撞率下新经典环向粘滞决定的同电流方向环向旋转的稳态旋转‘电子解’，并应用于ITER的内禀旋转的模拟研究；新经典环向粘滞模拟应用于EAST装置上MHD引起的旋转改变物理研究中；进一步发展MAPS程序，研究了不同坐标系下扰动谱型对新经典环向粘滞模拟结果的影响，并给出了非理想MHD响应下磁面螺旋波纹的计算方法，为进一步开展实验模拟对比奠定很好的基础。同时，积极参与国际合作，利用独立开发的NTVTOK程序，进行了瑞典的EXTRAP T2R反场箍缩装置上的新经典环向粘滞计算分析，模拟结果和实验吻合非常好；合作参与的欧洲的MARS-Q程序开发，将NTVTOK程序加入其中进行新经典环向粘滞力矩计算；合作参与了美国的NSTX上的新经典环向粘滞力矩计算分析。在 Nucl. Fusion， Phys. of Plasmas等杂志发表了相关SCI收录论文十余篇，并多次获得国际会议的邀请报告。