托卡马克破裂期间逃逸电子损失机制研究

Runaway electron (RE) currents of several mega amperes are expected to be generated in ITER disruptions due to avalanche multiplication. An uncontrolled loss of these high-energy electrons to the plasma facing components might cause serious damage.However, the loss process has not been clarified. to understand the RE loss is one of the key issues for the future ITER. Three distinct types of RE related relaxation phenomena will been addressed in the project. (1) to find out the relation between the magnetic fluctuation level during the current quench and RE current, and the dependence of the magnetic fluctuation level on plasma parameters, such as toroidal magnetic field,plasma current, density, etc; (2) to understand the effect of sawtooth and 2/1 tearing mode before the disruption on RE losses, respectively; (3) to observe the RE related relaxation phenomena during the RE plateau phase; to discover the possible relation among them and the dependence on plasma parameter and even understand the dirving mechanism of the RE losses.

未来ITER破裂时，将会有70%的电流转化为逃逸电流。逃逸电流损失时，由于其高能量和局域性，逃逸电流损失会直接导致装置壁的熔化等损伤。但是逃逸电流损失机制目前尚不清楚。因此，研究破裂期间逃逸电流损失行为对托卡马克装置安全运行至关重要。 本项目计划开展磁扰动、宏观MHD不稳定性对逃逸电流损失行为影响和逃逸电流的反常损失三方面的研究。 （1）分析电流淬灭阶段磁扰动幅度与逃逸电流之间的关系；研究磁扰动幅度对等离子体宏观参数（环向磁场、电流、密度和温度等）的依赖性；（2）分别研究逃逸电流与破裂前等离子体芯部锯齿和2/1撕裂模幅度的关系；确定宏观MHD不稳定性对逃逸电子损失的影响；（3）观测逃逸电流平台阶段各种反常损失行为，分析各种损失行为之间的联系以及对等离子体宏观参数的依赖关系，尽可能全面的了解逃逸电流的反常损失。

未来ITER破裂时，将会有70%的电流转化为逃逸电流。逃逸电流损失时，由于其高能量和局域性，逃逸电流损失会直接导致装置壁的熔化等损伤。但是逃逸电流损失机制目前尚不清楚。因此，研究逃逸电流损失行为对托卡马克装置安全运行至关重要。.在项目支持下，主要研究进展包括以下两个方面：（1）在J-TEXT装置上利用快速充气系统主动触发破裂并获得逃逸电流，实验发现1）电流崩塌阶段的磁湍流导致RE损失；RE损失和磁湍流幅度相关，幅度越大，损失越多；2）破裂前密度越小，破裂后逃逸电流越大，即热尾电子对逃逸电流有明显的贡献。综合磁湍流和破裂前等离子体密度的影响，J-TEXT装置上环向磁场越高，破裂之前密度越低，逃逸电流平台越易出现；且在1.2T时获得了稳定的逃逸电流平台。.（2）在EAST装置上利用共振磁扰动线圈在放电平台触发锁模等宏观MHD不稳定性，分析了MHD模式对逃逸电子损失的影响，分析显示，触发锁模前，经典的磁扰动理论即可解释相关实验结果，触发锁模后，磁拓扑结构的改变会导致逃逸电子损失的明显增加，当模结构继续增大后，等离子体内部可能出现随机场，进而逃逸电子的损失率进一步增加。.这一系列科研结果加深了逃逸电流损失机制的理解，对未来ITER和CFETR等大装置中逃逸电流抑制提供了强有力的物理支持。