EAST装置上利用RMP研究新经典极化电流对NTM激发阈值的影响

In tokamak plasma discharges, neo-classical tearing mode (NTM) is very unstable, which limits the plasma confinement improvement. And NTMs are more dangerous and very possible to cause plasma disruption in ITER discharges with low toque. In this program, we plan to research neoclassical polarization (NPC) current effect on NTM seed island threshold with by using RMP to triggering NTM on EAST. This before, many tokamaks (DIIID, JET et al) have studied this problem, however, their intrinsic error fields are very large and cause NTM being very unstable. These will cover up the essence about NTM physics. For EAST tokamak, its intrinsic error field is very small, and the RMP system is very flexible. Therefore, in this program, we plan using RMP to trigger NTM and research NPC effect on NTM seed island threshold width in discharges with different parameters including plasma rotation, ion cyclotron radius and ion collision rate by using neutron beam injection.

在托卡马克等离子体中，新经典撕裂模（NTM）很不稳定，对等离子体约束有很大的破坏作用，并且对于将来ITER低扭矩的等离子体，NTM极易发生锁模甚至导致等离子体的破裂。本项目拟在EAST托卡马克上，利用灵活的RMP系统作为激发NTM的手段，来研究新经典极化电流效应（NPC）对NTM激发阈值的影响。之前，国外的常规托卡马克（JET、DIIID等）研究过这个问题，但是这些托卡马克本征误差场很大，对NTM稳定性的影响很剧烈，这些会影响NTM固有的物理性质，特别是种子磁岛相关的物理。而EAST上的本征误差场很小，对NTM的影响很有限，在EAST上得到的结果，对将来的ITER有更大的参考意义。因此本项目，利用RMP作为稳定可重复激发NTM的手段，通过调节不同功率的中性束注入得到不同的等离子体旋转、离子回旋半径和离子碰撞率平台，来详细研究新经典极化电流对NTM种子磁岛阈值的影响。

本项目的主要研究内容分两个步骤，首先尝试利用共振磁扰动线圈（RMP）作为扰动源激发新经典撕裂模（NTM），并且能够观测到NTM从种子磁岛到新经典大磁岛激发的整个非线性过程；其次在这个基础上研究新经典极化电流对NTM激发阈值的影响。..本项目自开展以来，我们已经实现了NTM从种子磁岛到激发的整个非线性过程，成功分离了种子磁岛和NTM大磁岛激发的两个非线性阶段，并且种子磁岛的增长过程可以通过改变RMP电流的爬升率进行调节和控制。我们之所以能够成功实现这个结果，基于EAST装置的几个优势，第一，EAST装置有很小的本征误差场；第二，EAST上有注入功率可以灵活调节的辅助加热手段（特别是低杂波和中性束注入）；第三，EAST上安装的一套灵活的共振磁扰动线圈系统，模式多样，线圈电流可以缓慢爬坡。基于EAST装置以上三个优势，结合本课题组常年在MHD领域的积累，成功展示了新经典撕裂模激发的整个非线性过程，部分解决了这个国际性难题。..在这个基础上，我们观测到NTM种子磁岛阈值与betap的正相关的关系，这个结果也是国际上首次呈现，之前国内外学者一直认为NTM的激发阈值是与betap负相关的，我们的结果颠覆了这个常识，通过进一步分析很可能是径向热输运随betap的增加而增强，进一步对NTM激发阈值起到制稳作用。并且观测到只有低杂波辅助加热下得到的种子磁岛宽度很小，而有中性束注入下的情况，种子磁岛阈值更大一些，这个现象有可能与新经典极化电流效应相关。但由于种子磁岛物理的研究对剖面诊断空间分辨率要求比较高，因此相关结果需要进一步的详细研究。尽管如此，通过这个项目的实施对新经典撕裂模的非线性物理实验起到有益的推进作用，开辟了一个研究NTM阈值实验物理的方法。