非共振磁扰动对误差场渗透的影响

With the characteristic of low torque, ITER operation is easy to enter the error field penetration situation, and further leads to plasma disruption. To avoid this event, error field locked mode experiments were carried out in numerous distinguished tokamak devices in recent twenty years. Various parameter scalings are analyzed in these experiments. However, these scaling results did not give agreed answers. Nowadays, the critical focused non-resonant magnetic perturbations show prominent effects on plasma rotation, indicating non-resonant magnetic perturbations have significant effects on error field penetration. In the very recently, experiments on measurement of intrinsic error field showed that non-resonant component has a significant effect on plasma rotation in EAST. On the basis of these, we will carry on density scaling experiment under error field penetration at resonant or non-resonant components dominated cases, respectively, to estimate the non-resonant component effect. To better understand the underlying physics, we will also add non-resonant component relevant neoclassical toroidal viscosity (NTV) in the penetration physical model. In the end, experimental results, theoretical analysis and simulation will be combined to make clear the effects of the non-resonant magnetic perturbations on error field penetration.

ITER由于具有低转速运行的特征容易产生误差场渗透，引起锁模导致等离子体大破裂。为了避免这个问题的发生，近二十多年来，国际上许多著名托卡马克装置针对误差场渗透进行了大量专题研究。虽然这些渗透实验对许多参数给出了大量的定标分析，然而各装置定标结果存在较大差异，没有给出令人满意的结果。目前国际同行重点关注的非共振磁扰动，对等离子体旋转有较大影响。这意味着非共振磁扰动可能对误差场渗透也有重要影响。最近，在EAST上开展的固有误差场测量实验也表明非共振磁扰动对等离子体旋转有显著影响。基于此，我们拟在EAST上分别开展共振与非共振磁扰动主导下误差场渗透的实验研究。为了更好地理解非共振磁扰动在误差场渗透中的物理机制，我们还将通过在原有误差场渗透物理模型中加入非共振磁扰动相关的新经典环向粘滞分析给出理论模型下的结果。最后结合实验、理论及数值模拟，分析理解非共振磁扰动对误差场渗透的影响。

ITER由于具有低转速运行的特征容易产生误差场渗透，引起锁模导致等离子体大破裂。为了避免这个问题的发生，近二十多年来，国际上许多著名托卡马克装置针对误差场渗透进行了大量专题研究。虽然这些渗透实验对许多参数给出了大量的定标分析，然而各装置定标结果存在较大差异，没有给出令人满意的结果。目前国际同行重点关注的非共振磁扰动，对等离子体旋转有较大影响。这意味着非共振磁扰动可能对误差场渗透也有重要影响。通过在EAST上开展的误差场实验及相关物理分析，取得了一系列学术成果（主要分成三大类）。在非共振磁扰动对误差场渗透实验影响方面：（1）首次从实验上发现误差场渗透密度定标过程中，能量约束时间处于饱和欧姆机制，成功解释了实验定标结果；（2）发现EAST上共振与非共振两种磁扰动谱形下测量发现固有误差场都非常小；（3）首次在误差场渗透过程中实现主动调控环向阿尔芬本征模。在非共振磁扰动对等离子体响应影响方面：（1）通过线性响应模型阐明了非共振谱形对误差场渗透的影响；（2）通过多个极向谐波模型揭示EAST上非共振与共振磁扰动谱形下固有误差场的幅值差异；（3）揭示了磁扰动控制边界局域模过程中渗透过程和等离子体线性与非线性响应的关系；（4）首次研究了磁约束核聚变装置三维壁结构对等离子体线性响应的影响，发现目前广泛采用的环向对称的二维模型可以给出准确的等离子体线性响应的结论。在边界磁拓扑及破裂缓解方面：（1）自主开发的二维磁扰动拓扑模型与实验观测到的边界粒子输运一致；（2）首次在EAST上开展大量气体注入缓解破裂实验，实现大量气体注入对等离子体破裂的缓解。这些结果对以后磁约束聚变堆ITER等装置的破裂避免及预防、高能粒子控制、边界粒子输运预测等方面都有着重要的意义。