SUNIST中阿尔芬波的激励及其对磁流体行为影响的研究

利用外部线圈产生磁场扰动在研究和控制磁流体不稳定性上具有重要的科学意义和实际应用价值。本项目拟利用SUNIST球形托卡马克装置已发展的阿尔芬波加热和电流驱动的天线系统，研究不同模式的阿尔芬波（包含连续谱和分离谱）在小环径比托卡马克等离子体中的激励及其基本特性，并研究阿尔芬波带来的磁场扰动与磁流体不稳定性的相互作用，探索利用外部阿尔芬波注入激励或影响磁流体活动的手段。

本项目计划利用SUNIST球形托卡马克装置上的阿尔芬波天线系统，研究不同模式的阿尔芬波（包括连续谱和阿尔芬本征模）的激励及其基本特性，探索利用外部射频波注入激励或者影响MHD的活动。为此项目开展了以下主要研究内容：发展了包括高频磁诊断、光谱、X射线、静电探针等多种诊断方式和时频分析、涡流分析等多种数据处理程序；开展了阿尔芬波的耦合实验；对SUNIST的MHD活动进行了较系统的研究；开展了相关理论研究。项目取得的主要进展包括：（1）观察到波的注入改变了天线阻抗，但没有观察到阿尔芬波注入对MHD活动有显著影响；（2）观察到等离子体小破裂时由逃逸电子激励的环向阿尔芬本征模（TAE），这在国际上属于首次发现；（3）在内部磁重联事件（IRE）等MHD活动的机理研究上也取得显著进展，观察到静电湍流通过与磁湍流的非线性耦合，将能量向磁湍流传递形成高频MHD模式，并与低频MHD耦合，从而导致IRE的实验证据；（4）利用三维建模、改进的等效电路方法分析及实验验证，获得对SUNIST涡流效应较高准确度的判断，进而可以提高平衡重建和MHD分析的精度；（5）在射频波注入的有质动力和参量不稳定性等理论方面取得进展。在本项目中，由于作为极低频率的阿尔芬波与等离子体耦合在物理上和技术上都存在非常大的困难，导致耦合效率非常微弱，没有观察到阿尔芬波注入对MHD活动有显著影响，但项目研究在一些相关的MHD活动机理上取得了进展，其中多项发现属国际首次，对于聚变等离子体物理的发展有重要价值。