托卡马克边界刮削层特性及其与等离子体旋转和L-H模转换的关系

刮削层是托卡马克非常重要的区域，在杂质输运、材料腐蚀和再沉积等边界等离子体的重要基本问题中扮演非常重要的角色。在湍流输运中非常重要的微观不稳定性中的本征旋转会受到刮削层内等离子体分布的影响，在以前的物理图像中没有把边界区域的刮削层流的影响考虑在内，而最新的实验证实了刮削层流的重要性；另一方面还期望研究刮削层流影响L-H模转换的功率阈值的物理机制，这更能加深我们对L-H模转换机理的认识。这个课题在国内是首次提出，能够进一步增强对于托卡马克芯部与边界物理的物理理解， 扩展等离子体边界输运的研究。

本项目采用特制结构的探针阵列，在托卡马克边界区域测量了等离子体密度、电子温度、电场、极向流和环向流，同时获得这些物理参数的径向分布特征和涨落量变化。主要研究成果如下：1). 系统地测量了托卡马克刮削层流在不同磁场位型下的分布特性，为研究L-H模转换提供了坚实的基础；2). 首次证实在I-Phase期间，径向电场振荡同时包含带状流和压力梯度分量，其中带状流可能是触发L-H/H-L的关键因素，压力梯度所起到的作用是锁定H模；3). 在电子回旋共振加热(ECRH)实验中观测到带状流份额随着加热功率的提高而提高，湍流份额随着加热功率的提高而缓慢降低，该结果支持了“捕猎者-猎物”模型中加热功率缓慢提升后湍流及带状流的变化趋势； 4). 首次验证了测地声模带状流密度分量的环向对称特性(n=0)，同时定量的给出测地声模带状流密度分量与电势扰动的关系，实验结果与理论预言基本符合，数值相差在2倍以内，符号与理论预言相同；5). 首次给出测地声模带状流调制径向粒子输运通量的实验证据，实验结果表明测地声模幅度大时将会通过降低径向粒子输运通量，反之幅度小时径向粒子通量则较大，实验还表明该调制作用主要是通过改变密度幅度，即抑制湍流幅度，来实现的。