HT-7托卡马克装置ETG模范围的微观不稳定性实验观测名师编辑PPT课件.ppt

HT-7托卡马克装置ETG模范围的微观不稳定性实 验观测 李亚东 李建刚 张晓东 任重 及芯部物理组 中国科学院等离子体物理研究所 (e-mail Yd_liipp.ac.cn ) 此实验项目由重点基金(10335060) 支持 遂 朋 教 龙 日 衬 磅 曳 锡 炸 鼓 汁 砒 竹 酮 侦 敢 裔 诀 扇 吠 传 粮 刺 仲 泣 诵 示 雅 狡 淖 感 H T - 7 托 卡 马 克 装 置 E T G 模 范 围 的 微 观 不 稳 定 性 实 验 观 测 H T - 7 托 卡 马 克 装 置 E T G 模 范 围 的 微 观 不 稳 定 性 实 验 观 测 背景 磁约束等离子体中的反常热输运问题是设计、规划未来聚变堆的关键因素之一， 这个问题一直是聚变研究的热点课题。最近十年研究的结果表明，在托卡马克装 置高约束运行状况，离子通道的热传导可接近新经典理论预示的值，离子通道的 热传导可归因于离子温度梯度模(ITG)湍流，E×B剪切流可抑制ITG湍流。但电子 通道的热传导仍然是反常的，其e数值约为新经典理论值的二个数量级。由于燃 烧等离子体中的粒子主要加热电子，随着ITER计划的进展，电子热输运研究越 来越重要。 电子的热输运归因于捕获电子模(TEM)和电子温度梯度模(ETG)湍流。一般认为 TEM模湍流主导了电子的热输运。随着电子内部输运垒(e-ITB)的发现，电子温度 梯度模湍流被认为是反常的电子热传导产生的原因,目前美国方面倾向于ETG模 湍流驱动了电子的反常热输运，而欧洲方面更倾向于TEM模湍流是电子热输运的 原因；因此需要进一步的实验证据。电子热输运实验研究显示，电子的热输运存 在着临界值，高于这个临界值电子的热输运快速增长。因此,TEM模或ETG模湍 流的爆发也应该存在着临界值。 一般认为ks0.251.8 是TEM模区间；ks1.8 为ETG模区间；电磁波相干散射诊断拥有波矢分辨能力，能够区分TEM模和ETG 模湍流。 瑰 蜂 畏 搔 犀 柱 荚 馁 贵 怂 襟 讣 句 娥 墅 蔬 昏 挂 嘴 扳 楼 另 笆 算 茶 为 肪 寐 孽 茎 搽 筐 H T - 7 托 卡 马 克 装 置 E T G 模 范 围 的 微 观 不 稳 定 性 实 验 观 测 H T - 7 托 卡 马 克 装 置 E T G 模 范 围 的 微 观 不 稳 定 性 实 验 观 测 密度涨落大k波矢测量的难点及相干散射诊断发展状况 电磁波相干散射散射光功率 Ps(k)P0i2 n2(k)Lv2 n2(k)k -3.50.5 P0光源功率；i光源波长; Lv散射体长度 ;n(k) 密度涨落 显然(1)光源波长越长、功率越高，散射信号越大。 (2)散射波矢k越小，散射信号越大。 远红、微波光源要考虑折射效应导致k波矢测量的不确定性，其大功率光源难以 制造购买。中红外CO2激光光源不用考虑折射效应，但光学系统要求苛刻。 近期用于电子输运研究的相干散射诊断： Tore Supra:二氧化碳激光散射诊断ALTAIR(己停) (1) k=315cm-1，两k波矢监测，可在放电过程中进行单k波矢连续性扫描，进 行过k临界值实验尝试，没有发现ETG模湍流爆发的趋势。 (2)后改造为k=626cm-1，系统信噪比不够理想 DIII-D: (1) 1毫米波单k前向散射 +极小角散射 k=1020cm-1+ k=01cm-1 (2) 新的3毫米波单k后向散射 k=3050cm-1 (2001年由美国TTF(transport task force) 资助开始建造) HT-7:二氧化碳激光散射诊断：k=1234cm-1 三k同时监测，用于电子输运研究 (由重点基金项目(10335060) 支持) 戮 稍 箭 饶 隐 缀 疗 击 碧 硝 氛 慢 候 癌 铭 舌 寿 姐 檄 卡 蹬 勾 酱 袁 仁 百 跋 术 堰 凰 忠 喻 H T - 7 托 卡 马 克 装 置 E T G 模 范 围 的 微 观 不 稳 定 性 实 验 观 测 H T - 7 托 卡 马 克 装 置 E T G 模 范 围 的 微 观 不 稳 定 性 实 验 观 测 k谱扫描实验 券 唬 淋 聂 咽 宛 媚 括 踊 缔 粒 七 较 咖 短 祭 材 素 怯 赌 腾 黑 抄 压 差 淌 遗 俗 芹 锁 荷 搪 H T - 7 托 卡 马 克 装 置 E T G 模 范 围 的 微 观 不 稳 定 性 实 验 观 测 H T - 7 托 卡 马 克 装 置 E T G 模 范 围 的 微 观 不 稳 定 性 实 验 观 测 K=17cm-1 k=25.5cm -1 K=20cm-1 k=28.5cm -1 k=23cm-1 k=31cm -1 k=34cm-1 随着k增大，正常宽谱湍流逐 渐减弱、消失。一种新湍流 产生，其峰值逐渐向低频扩 展，所占相应k波矢密度涨落 成份逐渐增大，在k=25.5cm- 1附近达到最大值。以后开始 降低，密度涨落频谱宽度开 始变窄，并向峰值频率 200kHz集中。s0.13cm由 此可见在微观尺度ETG模k谱 区间，存在一种新湍流爆发 ，可能反映了ETG模的不稳 定性 雌 汐 孙 牧 寸 诊 矽 拼 色 傲 腕 绵 霜 做 讯 春 郁 免 惧 品 寄 吉 榴 修 蔽 划 滥 确 摘 霖 言 孽 H T - 7 托 卡 马 克 装 置 E T G 模 范 围 的 微 观 不 稳 定 性 实 验 观 测 H T - 7 托 卡 马 克 装 置 E T G 模 范 围 的 微 观 不 稳 定 性 实 验 观 测 相同等离子体密度、不同等离子体电流实验 舌 拄 馏 吟 砰 懊 颇 诡 涣 月 整 倚 焊 喂 积 块 胰 麻 憎 赴 擅 寝 靖 嗽 亿 幌 莎 粥 惺 瘸 促 戎 H T - 7 托 卡 马 克 装 置 E T G 模 范 围 的 微 观 不 稳 定 性 实 验 观 测 H T - 7 托 卡 马 克 装 置 E T G 模 范 围 的 微 观 不 稳 定 性 实 验 观 测 存在频率峰值180200kHz的新湍流爆发，较高等离子体电流平台，相应的高k波 矢湍流有增强的趋势，湍流向高k方向移动。这显示了温度与湍流尺度的联系， K=17cm-1 k=23cm-1 k=28.5cm-1 扛 铆 酝 阅 电 讨 境 盯 频 酷 缩 典 玛 胀 肌 菠 亭 韩 卧 膳 索 爵 疗 价 回 甚 幅 油 撮 虱 攀 箔 H T - 7 托 卡 马 克 装 置 E T G 模 范 围 的 微 观 不 稳 定 性 实 验 观 测 H T - 7 托 卡 马 克 装 置 E T G 模 范 围 的 微 观 不 稳 定 性 实 验 观 测 相同等离子体电流、不同等离子体密度实验 酸 欣 榨 孩 洽 族 鸥 户 每 蜂 刊 秧 峨 座 酉 夜 叶 风 屈 朔 桔 疾 知 振 觅 蚀 毫 驮 选 董 焙 旦 H T - 7 托 卡 马 克 装 置 E T G 模 范 围 的 微 观 不 稳 定 性 实 验 观 测 H T - 7 托 卡 马 克 装 置 E T G 模 范 围 的 微 观 不 稳 定 性 实 验 观 测 对于较高等离子体密度实验平台，三个k波矢密度涨落均存在较低频率连续谱湍 流的爆发。涨落的峰值显然在k=23cm-1；较低等离子体密度实验平台的密度涨落 全面大于较高等离子体密度实验平台的密度涨落。显示了电子温度与湍流的联系 ；这里也能看到随着电子温度的升高，密度涨落强度向高k移动的趋势。 K=17cm-1 k=23cm-1 k=28.5cm-1 ne=1.561019 m-3 ne=2.01019 m-3 跺 跃 灿 眯 腮 胯 艳 姚 耶 暮 艳 孜 棉 灾 兄 乏 玫 钡 汾 轩 疮 强 铸 滩 惮 忽 务 剐 推 亚 慎 苔 H T - 7 托 卡 马 克 装 置 E T G 模 范 围 的 微 观 不 稳 定 性 实 验 观 测 H T - 7 托 卡 马 克 装 置 E T G 模 范 围 的 微 观 不 稳 定 性 实 验 观 测 不同电流爬升率实验(较高密度=2.6×1019m-3) 燃 段 氨 玉 狙 隅 伙 袒 形 赢 劈 淬 艺 邀 贫 再 嘿 漠 耻 岭 啼 缺 洒 雹 帅 洽 甩 州 匪 商 谨 滑 H T - 7 托 卡 马 克 装 置 E T G 模 范 围 的 微 观 不 稳 定 性 实 验 观 测 H T - 7 托 卡 马 克 装 置 E T G 模 范 围 的 微 观 不 稳 定 性 实 验 观 测 K=17cm-1 k=23cm-1 k=28.5cm-1 燃 绵 秸 繁 豹 李 进 躇 念 恍 甚 源 神 哲 包 蚂 料 瓶 谅 爽 忧 肿 僧 还 踞 昭 申 勉 竟 餐 仍 定 H T - 7 托 卡 马 克 装 置 E T G 模 范 围 的 微 观 不 稳 定 性 实 验 观 测 H T - 7 托 卡 马 克 装 置 E T G 模 范 围 的 微 观 不 稳 定 性 实 验 观 测 售 狂 捐 陌 弹 确 绽 峭 柒 豢 冰 掇 膀 直 汲 睦 辊 闸 问 淤 烽 鞠 陡 悉 酥 憎 厚 便 骆 严 锌 淫 H T - 7 托 卡 马 克 装 置 E T G 模 范 围 的 微 观 不 稳 定 性 实 验 观 测 H T - 7 托 卡 马 克 装 置 E T G 模 范 围 的 微 观 不 稳 定 性 实 验 观 测 k=17cm-1 k=23cm-1 k=28.5cm-1 杉 祝 勒 太 相 倒 凄 瞄 橱 缅 回 才 业 脾 惹 像 陨 因 圭 涩 异 地 剃 惦 骇 吏 循 圣 冠 凡 般 呐 H T - 7 托 卡 马 克 装 置 E T G 模 范 围 的 微 观 不 稳 定 性 实 验 观 测 H T - 7 托 卡 马 克 装 置 E T G 模 范 围 的 微 观 不 稳 定 性 实 验 观 测 观察 较高等离子体密度实验平台=2.6×1019m-3：k=23cm-1波矢密度 涨落中产生了一种新的湍流，k=28.5cm-1波矢密度涨落主要成份属于 这个湍流。这是一个频率峰值在180200kHz的连续谱，s 0.13cm, k s值在ETG模区间，而相应的k=17cm-1 波矢密度涨落中没 有发现这个湍流。观察发现随着电流爬升率的下降，密度涨落强度 有明显增加的趋势，是否R/LTe值的原因需要进一步的实验研究。 等离子体密度=1.9×1019m-3实验平台，k=23cm-1波矢密度涨落 中存在一种新湍流，k=28.5cm-1波矢密度涨落主要成份是这个湍流。 这是一个频率峰值在180200kHz的连续谱, s 0.13cm ,相应的 k=17cm-1 波矢密度涨落也包含了部分这种湍流。观察发现随着电流 爬升率的下降，密度涨落强度没有明显增加的趋势。 揪 绅 弊 歹 炽 坞 焦 失 瞩 娄 眨 石 帐 噎 淫 蹿 慕 癣 僻 菠 极 募 万 谱 按 猫 诧 至 晌 再 听 碑 H T - 7 托 卡 马 克 装 置 E T G 模 范 围 的 微 观 不 稳 定 性 实 验 观 测 H T - 7 托 卡 马 克 装 置 E T G 模 范 围 的 微 观 不 稳 定 性 实 验 观 测 结论 (1) 在微观尺度ETG模k区域首次观测到新的湍 流的爆发，可能是ETG模的不稳定性 (2) 证实了模不稳定性与电子温度的关联 (是否主导电子热输运需要进一步的实验) (3) 首次观测到电子温度的增高，模不稳定性向 高k方向移动。 踊 经 汹 睦 幻 游 绿 失 查 我 蚌 伴 享 绍 扑 疮 绘 躺 立 周 僻 峭 罕 氰 斋 捶 正 魁 鹤 尽 尊 物 H T - 7 托 卡 马 克 装 置 E T G 模 范 围 的 微 观 不 稳 定 性 实 验 观 测 H T - 7 托 卡 马 克 装 置 E T G 模 范 围 的 微 观 不 稳 定 性 实 验 观 测 致谢 实验方案的构思获得董家齐教授的指导和 有益的讨论。 感谢徐国盛、林士耀同学在数据处理和实 验方面的帮助。 涂 痕 容 曳 阶 夺 侧 莆 珍 泪 患 架 仔 藐 掀 疾 劣 芹 泰 菩 海 撇 苏 力 崖 脉 茫 问 败 嫂 定 馒 H T - 7 托 卡 马 克 装 置 E T G 模 范 围 的 微 观 不 稳 定 性 实 验 观 测 H T - 7 托 卡 马 克 装 置 E T G 模 范 围 的 微 观 不 稳 定 性 实 验 观 测 附录： Bt1.7T 测量区域=r/a0.6 s=0.13cm S(k)k-3.6 正常的k谱(没有新湍流产生) 狐 挂 躇 悟 恩 梁 态 杖 橙 丈 张 松 袭 权 镣 景 戚 凿 荐 遵 秦 巫 俏 条 硕 板 丹 罪 豁 矽 结 类 H T - 7 托 卡 马 克 装 置 E T G 模 范 围 的 微 观 不 稳 定 性 实 验 观 测 H T - 7 托 卡 马 克 装 置 E T G 模 范 围 的 微 观 不 稳 定 性 实 验 观 测 乒 台 傅 潮 沥 蚜 色 鸭 棱 康 蜜 把 剩 列 钉 启 珐 翱 屋 送 殿 华 份 喊 咨 能 汲 氟 钩 啦 腺 扒 H T - 7 托 卡 马 克 装 置 E T G 模 范 围 的 微 观 不 稳 定 性 实 验 观 测 H T - 7 托 卡 马 克 装 置 E T G 模 范 围 的 微 观 不 稳 定 性 实 验 观 测 s0.1cm 铭 队 葱 砰 蚌 侈 谨 饥 位 拟 镊 屈 应 持 赶 桃 畜 确 洛 餐 甄 绕 丛 染 忧 老 尘 釉 境 嗓 利 蒲 H T - 7 托 卡 马 克 装 置 E T G 模 范 围 的 微 观 不 稳 定 性 实 验 观 测 H T - 7 托 卡 马 克 装 置 E T G 模 范 围 的 微 观 不 稳 定 性 实 验 观 测