HL-2A/M装置新经典撕裂模触发机制研究

Neoclassical tearing modes (NTMs), which can lead to confinement degeneration, even major discharge disruption, are one of crucial challenges in current and next generation tokamaks, such as ITER. The physical mechanism of NTM onset is important for its suppression and control. Combined with theoretical analysis and numerical simulation, this project will study the NTM onset in the HL-2A/M tokamak. We will develop the measurement of magnetic island, and study the non-linear destabilization of island width. The seed island formation due to other MHD events, e.g. sawtooth crash, and the effect of local temperature and pressure gradient on the NTM onset, e.g. NTM triggered by non-local transport phenomenon, will be investigated.

新经典撕裂模将会引起等离子体约束变坏，甚至导致等离子体放电大破裂，是目前以及下一代托卡马克装置，如ITER高约束运行面临的重要挑战之一。触发物理机制研究是实现新经典撕裂模主动缓解和控制的基础，是目前托卡马克磁约束聚变研究关注的重要问题之一。本项目将依托HL-2A/M装置，开展新经典撕裂模触发机制研究。研究高β放电条件下新经典撕裂模的非线性增长过程。研究有理面附近温度或者压强剖面变化对新经典撕裂模激发的影响，如非局域输运现象激发新经典撕裂模的物理机制。研究种子磁岛的形成机制，主要研究锯齿行为触发新经典撕裂模的物理机制。通过实验结合理论和数值模拟，深入理解新经典撕裂模非线性发展、种子磁岛形成等关键过程的物理机制。

新经典撕裂模将会引起等离子体约束变坏，甚至导致等离子体放电大破裂，是目前以及下一代托卡马克装置，如ITER高约束运行面临的重要挑战之一。触发物理机制研究是实现新经典撕裂模主动缓解和控制的基础，是目前托卡马克磁约束聚变研究关注的重要问题之一。本项目将针对未来ITER装置高约束等离子体运行关注的重要问题，依托HL-2A/M装置，开展新经典撕裂模触发机制研究。新经典撕裂模以磁岛的形式存在于等离子体中，因此磁岛结构的演化过程是研究新经典撕裂模不稳定性最重要的前提。本项目将在HL-2A/M装置上，完善高时空分辨的磁岛结构诊断和重建技术，包括高时空分辨ECE诊断系统和磁岛结构重建技术。将通过实验结合理论和数值模拟，开展新经典撕裂模触发机制研究，研究高β放电条件下新经典撕裂模的非线性增长过程，研究自举电流效应、极化电流效应、输运效应等在磁岛发展过程中的作用。研究有理面附近剖面变化对新经典撕裂模激发的影响，如非局域输运现象激发新经典撕裂模的物理机制。研究种子磁岛的形成机制，如锯齿行为、误差场等触发新经典撕裂模的实验条件和物理机制。项目实施以来，通过对ECE诊断系统的改进，实现了对温度扰动的高时空分辨测量，空间分辨1厘米，时间分辨达到1微秒。.完成了磁岛结构识别技术的搭建，实现了磁岛结构的实时重建，空间分辨0.5厘米，时间分辨1毫秒。在项目支持下，系统开展了新经典撕裂模触发机制和演化过程研究。通过项目实施，使新经典撕裂模主动控制关键诊断技术获得了很大的提升；通过实验观测，结合理论和数值模拟，加深了对新经典撕裂模物理机制的理解，并取得了一些创新性成果。这些成果将为未来ITER和CFETR装置进行新经典撕裂模主动控制、实现高比压等离子体稳态运行提供重要的支撑作用。