实验研究托卡马克台基区涨落模式及产生的粒子输运在边界局域模抑制过程中的作用

Edge-localized modes (ELMs) is a kind of quasi-periodic process during H-mode in the Tokamak edge plasmas, which could cause a large, transient flux of energy and particle loss from the pedestal region, and provide high power bursts on the first wall and divertor of the Tokamak, accelerating the thermal ageing and erosion of these materials. This problem is much more serious in ITER. However, the trigger,relax and controlling of ELMs is still one of the frontier foundation problems due to the complexity of the edge plasma physics on Tokamak. Based on the observation that small scale turublence increases both during ELMy free stage and ELM mitigation process caused by supersonic molecular beam injection (SMBI), we plan to measure the mode structure and caused particles transport of the edge fluctuations through the multi-channel Doppler reflectometers on EAST, including both small scale and large scale quasi-mode or turublence, and then explore the effect of these edge fluctuations during the ELM mitigation and suppression through various controlling methods on EAST (SMBI, low hybrid wave heating, resonant magnetic pertubations). The research of this project has important significance on uncovering the trigger and control mechanisms of ELM.

边缘局域模（ELM）是托卡马克H-模边缘区等离子体的一种周期性弛豫行为，会造成边缘台基区域热能、粒子损失，直接为托卡马克第一内壁和偏滤器板等边缘器壁材料带来高功率负荷脉冲，加速材料的老化、损伤过程，这一问题对ITER尤为显著。然而，由于托卡马克边缘等离子体物理的复杂性，ELM的触发、损失、和控制机制仍是磁约束聚变物理前沿基础问题之一。以超声分子束抑制ELM以及ELMy-free状态下小尺度湍流都会增长这一现象为突破口，利用EAST装置上的两套多道多普勒微波反射计系统，本项目计划以边缘区振荡模式的模结构和产生的粒子输运为研究对象，通过EAST装置上多种可以抑制ELM的实验手段(超声分子束、低杂波加热以及共振磁扰动线圈)，探索多种尺度的准相干模或者湍流模式对ELM抑制的动力学过程的影响。本项目的研究内容对揭开ELM的触发以及控制机制有着重要的意义。

边缘局域模（ELM）是托卡马克H模边缘区等离子体的一种周期性弛豫行为，会造成边缘台基区域热能、粒子损失，直接为托卡马克第一内壁和偏滤器板等边缘器壁材料.带来高功率负荷脉冲，加速材料的老化、损伤过程，这一问题对ITER 尤为显著。如何通过外部手段抑制ELM 一直是磁约束聚变的热点问题。本项目计划利用EAST 装置上的多普勒微波反射计诊断系统，研究超声分子束抑制ELM情况时边界等离子体区的动力学行为，探索多种尺度的准相干模或者湍流模式对ELM 抑制过程的影响。经研究发现，超声分子束抑制ELM的过程大致可以分为三个阶段：1）超声分子束注入，引起局域流剪切降低，导致背景湍流的短暂增加；2）随后激发了两种相干模式，频率分别在50kHz和200kHz；3）随着高频相干模式的消失，一种高频湍流以周期性的阵发模式产生，并引起向外的粒子输运。基于这些实验现象，我们推测超声分子束抑制ELM的两种可能机制，一是低频相干模式与ELM直接作用，二是高频湍流影响了ELM的激发阈值。