托卡马克等离子体中剪切流实验研究

理论和实验研究表明剪切流对抑制湍流及其驱动的输运具有重要的作用，但至今仍有大量的理论结果还没有得到实验证实，故对剪切流的实验研究仍是当前受控聚变研究的重点之一。本项目计划在HL-2A托卡马克装置上开展剪切流物理实验研究，拟在欧姆和低功率辅助加热的孔栏和偏滤器位形的低边界安全因子放电的边缘等离子体中，采用静电探针和磁探针阵列探测不同剪切流，包括平衡流、低频带状流、测地声模带状流、涡旋流和湍流，以及静电雷诺协强和磁雷诺协强等的特征和空间分布。研究低q有理磁面和磁流体不稳定性及磁岛对剪切流和湍流的影响；不同剪切流之间的相互作用规律；剪切流的驱动机制；扰动能在各种流之间的传递等。采用探针在托卡马克装置上研究低q有理磁面和磁流体不稳定性及磁岛对剪切流和湍流的作用在国际上尚属首次，它将推动国内和国际聚变界对剪切流和湍流及其驱动的输运研究，为聚变等离子体中的反常输运机理研究提供实验依据。

理论和实验研究表明剪切流对抑制湍流及其驱动的输运具有重要的作用，但至今仍有大量的理论结果还没有得到实验证实，故对剪切流的实验研究仍是当前受控聚变研究的重点之一。本项目计划在托卡马克装置上开展剪切流物理实验研究，拟在欧姆和低功率辅助加热的孔栏和偏滤器位形的低边界安全因子放电的边缘等离子体中，采用静电探针和磁探针阵列探测不同剪切流，包括平衡流、低频带状流、测地声模带状流、涡旋流和湍流，以及静电雷诺协强和磁雷诺协强等的特征和空间分布。研究低q有理磁面和磁流体不稳定性及磁岛对剪切流和湍流的影响；不同剪切流之间的相互作用规律；剪切流的驱动机制；扰动能在各种流之间的传递以及剪切流对触发L-H转换的作用等。并获得了一些重要的创新性成果：如首次观测了一种新型的I-phase, 新型的I-phase的发现建议平衡流对L-H转换可能起作重要的作用；带状流和湍流之间的能量转换分析表明能量是由小尺度的湍流传递到大尺度的相关结构的低频带状流和测地声模带状流；边界多种剪切流的结构及其相互作用显示多种剪切流之间可能存在竞争性；磁扰动和测地声模的同步相互作用现象说明磁扰动和剪切流之间可以通过非线性相互作用传递能量，锯齿可以触发L-I 转换；磁岛附近剪切流及湍流的特征建议磁岛可以作为一种工具触发约束区的转换等。这些研究成果对于我们理解带状流的形成机制；多种剪切流的相互作用机制； 磁扰动与剪切流之间的相互作用；L-H转换的机制等都具有重要的意义。