EAST上低杂波功率对刮削层密度行为影响的研究

Lower hybrid current drive (LHCD) is a key tool to drive non-induced current and to control current profiles. Good coupling of lower hybrid wave (LHW) to the plasma is the first necessary condition for the application of LHCD in tokamak. Usually, bad LHW coupling is resulted from the lower density in front of lower hybrid (LH) launcher. Gas puffing near the LH launcher is used to improve the edge density but excess gas puffing is unfavorable for more efficient LHCD. Moreover, LH power, as an important factor affecting density profiles in the scrape-off layer (SOL), has not yet been sufficiently investigated. This research will focus on the effect of LH power on LHW coupling and density profile in SOL by experimental investigations on LH powers, depositions of LH power and plasma configurations. Furthermore, mechanisms affecting density profiles in SOL will be studied based on the theory of LHW coupling and the SOL model in experimental advanced superconducting tokamak (EAST). This research will provide guides of gas puffing near the LH launcher and be helpful for LHW coupling.

低杂波电流驱动是驱动非感应电流和控制电流分布的重要手段。低杂波耦合是其在托卡马克上应用要解决的首要问题。通常，低杂波耦合差是天线端口的密度较低导致的，提高天线端口密度的常用方法是天线口充气，过多的充气可能导致低杂波电流驱动效率的降低。此外，低杂波本身也是影响刮削层密度分布的一个重要因素，但低杂波影响刮削层密度分布的物理机制研究尚不充分。本项目将在EAST装置上通过实验研究低杂波功率、低杂波功率沉积和等离子体位型对低杂波耦合和刮削层密度的影响；进一步在低杂波耦合理论的基础上，建立符合EAST装置情况的刮削层密度模型，通过模拟来探索低杂波产生的不同物理机制对刮削层密度分布的影响。项目成果将为低杂波天线端口充气提供理论指导，并为耦合的改善提供可行方案。

低杂波电流驱动（LHCD）是tokamak是驱动非感应电流和控制电流分布的重要手段。但是低杂波在未来反应堆上的应用首先要解决的就是如何在远的天线-等离子体距离保持良好的耦合效率。而低杂波的耦合严重地依赖于低杂波天线口的电子密度分布。本项目通过实验研究了EAST上2.45GHz和4.6GHz低杂波功率对耦合的影响，进一步对低杂波天线口附近的刮削层（SOL）模型进行了改进，通过求解对流-扩散方程，模拟了不同频率的低杂波功率对其天线附近的SOL密度分布的影响和反射系数的影响。研究结果表明：考虑E×B漂移的影响，不管是2.45GHz还是4.6GHz的低杂波功率都会导致低杂波天线口处的等离子体密度的下降；但是不同频率的低杂波对应的最佳耦合密度不同导致低杂波功率对其耦合的影响不同，即：当2.45GHz低杂波功率不高的情况下，其功率反射系数会随着功率的增加而下降， 当2.45GHz低杂波功率比较高的情况下，其功率反射系数会随着功率的增加而增加；而4.6GHz的低杂波功率的反射系数总是随着低杂波功率的增加而增加。此结果表明对于低频率的低杂波，提高低杂波天线口的密度并不总是对于耦合有利的，只有在低杂波功率比较高的情况下才需要提高天线口的密度；对于高频率的低杂波提高天线口的等离子体密度对其耦合总是有利的。此结果对于实验中改善低杂波的耦合具有指导意义。