托卡马克脱靶高约束模式运行机制研究

Divertor plasma detachment is one of core issues of International Thermonuclear Experimental Reactor (ITER). Base on HL-2A tokamak, this project will try to use several methods to obtain detachment in H-mode discharge, scan the parameters and achieve feedback control, and finally get stable operation. Meanwhile, this project will also do research about the effect of plasma parameter on detachment and the turbulence transport evolution during this process. On the one hand, we will study the effect of detachment, which is achieved by different methods or has different status (partially, pronounced, or fully detachment), on H-mode, and try to understanding the detachment physics. On the other hand, we will study the turbulence physics during detachment, such as the change of turbulence transport, shear flow, Reynold stress, and et al. This project will be benefited for the reaserch on the operational mechanism research of divertor detachment in high confinement discharge, and give the important data support for ITER.

脱靶问题是国际热核聚变实验堆（ITER）计划的核心问题之一。本项目基于HL-2A托卡马克装置，尝试采用多种方式实现高约束模式偏滤器脱靶，随后进行参数扫描并尝试利用多种诊断数据进行反馈控制，最终实现脱靶H模的稳定运行与控制。同时本项目将开展HL-2A脱靶期间宏观参数演化规律和对脱靶影响的研究以及脱靶对湍流输运影响的研究：一方面考察不同脱靶获得方式和不同脱靶状态对高约束模式运行的影响，研究不同参数下H模约束情况、边缘输运垒梯度变化，理解H模脱靶的物理机制；一方面研究脱靶对湍流输运、流剪切、雷诺胁强等微观参量的影响，以及获得脱靶过程中，尤其是H模脱靶过程中湍流输运的微观物理图像。该项目的开展将推动我国在脱靶高约束模式领域的研究，为ITER的建设提供有力的数据支持。

脱靶问题是国际热核聚变实验堆（ITER）计划的核心问题之一。本项目基于HL-2A托卡马克装置和EAST托卡马克装置，尝试采用多种方式实现高约束模式偏滤器脱靶，随后进行参数扫描并尝试利用多种诊断数据进行反馈控制，最终实现脱靶H模的稳定运行与控制。同时本项目将开展HL-2A脱靶期间宏观参数演化规律和对脱靶影响的研究以及脱靶对湍流输运影响的研究。.在项目执行期间，项目组开展了HL-2A和EAST涉及偏滤器脱靶研究的核心硬件系统的建设和改进工作。随后依托两大托卡马克装置分别开展了针对封闭式偏滤器脱靶运行和反馈控制的实验研究。在HL-2A托卡马克上采用多种杂质注入的方式，成功实现L-mode和H-mode放电下的偏滤器脱靶运行和反馈控制，并获得了基本的脱靶的参数区间；在EAST托卡马克上，首次成功实现了长脉冲H-mode等离子体的脱靶反馈控制实验和双反馈控制实验，并发现Grassy ELM高约束等离子体与辐射偏滤器反馈控制兼容运行的现象。 .另一方面，项目组也对脱靶过程中等离子体参数演化规律和脱靶机理研究开展了深入研究，并主要集中在杂质辐射和脱靶的关系上，包括研究HL-2A封闭偏滤器结构下，偏滤器中性气体压强变化规律和其对于脱靶过程及对反馈控制的影响，脱靶过程中杂质辐射对偏滤器热流影响的规律等；研究EAST开放偏滤器结构下开展了杂质气体注入缓解靶板的稳态热流的影响，重点研究了杂质注入位置对脱靶的影响和对稳态和瞬态热流同时缓解作用的研究。.最后项目组对对HL-2A封闭式偏滤器脱靶对湍流输运的影响进行了深入的研究，给出了L-mode下湍流受到脱靶影响的物理图像，以及H-mode脱靶情况下湍流变化的规律和对约束的影响。.总之，通过本项目的开展，成功实现了封闭式偏滤器（HL-2A）和开放式偏滤器（EAST）两种情况下脱靶运行和反馈控制，并对控制模式、参数区间，等离子体约束与输运等方面开展了大量研究并获得响应结果，完成本项目的研究目标，这些结果推动我国在脱靶高约束模式领域的研究，为未来聚变堆的建设提供有力的数据支持。