超声分子束注入过程中环向自发旋转的研究

Intrinsic rotation and toroidal momentum transport are very important for the confinement improvement and H confinement mode discharge. This research project is based on the HL-2A tokamak fusion device at the Southwestern Institute of Physics, to measure the 2D evolution of toroidal rotation in the tokamak edge by using Langmuir probe, 2D Coherence Imaging Spectroscopy with high temporal and spatial resolution and other Diagnostics. The research will find out the physics of turbulence induced toroidal momentum transport during Supersonic Molecular Beam Injection, and mainly focus on the studies of the residual stress or intrinsic rotation. This research is directly related to the confinement of ITER while there will be not enough momentum injection induced by Neutral Beam Injection, and that is one of the most important research topics in the magnetic fusion community.

等离子体自发旋转及动量输运对改善等离子体约束，实现高约束模式等离子体放电至关重要。本项目依托核工业西南物理研究院HL-2A大型磁约束聚变装置，利用高时空分辨的二维相干成像和静电探针等诊断系统，在国内首次实现边界环向旋转的二维测量，在此基础上探寻超声分子束注入时湍流引起的动量输运物理，重点理解剩余胁强和自发旋转的贡献以及产生机制。本项目的开展直接关系到未来在中性束注入环向动量不足条件下ITER约束能力的提高，是目前国际上磁约束核聚变领域最重要的研究课题之一。

根据本项目研究目标升级优化CIS诊断，新建标定系统，研发数据反演算法等。首次获得SMBI注入时环向旋转二维分布的演化，尤其是是在ELM期间SMBI注入对边界环向旋转变化的影响。获得SMBI注入对环向速度影响的二维分布时间演化；设计了专门用于测量环向雷诺胁强及其梯度的新型马赫探针阵列，以静电探针测量扰动量数据为主,计算边界湍流引起的动量输运各项，确定了这三项对动量输运的贡献以及SMBI注入后对这三项的影响，尤其是对比各种尺度（不同频段）湍流在动量输运中所占的比重，并对SMBI影响雷诺胁强的原因进行了重点研究研究,，发现a）雷诺胁强是动量输运的主导项；b）SMBI注入后边界不同位置的雷诺胁强均出现大幅降低;c)MBI注入虽然没有对环向速度和径向速度的扰动水平产生明显的影响，但大幅降低湍流空间尺度，同时也降低二者的扰动相位差，由此导致雷诺胁强大幅降低；d)在SMBI注入后，径向不同空间位置雷诺胁强的径向梯度差异迅速减小，由此导致边界环向旋转梯度大幅降低；最后我们同样以静电探针测量扰动量数据，计算了雷诺胁强中各项，重点研究了SMBI对残余胁强及其梯度演化影响。