EAST上RMP引起H模台基结构变化的测量及其和模拟结果的对比研究

Using resonant magnetic perturbations created by external coils is one of the methods to active control ELMs in ELMy H-mode plasmas. The line averaged density decreased by ~15% during the ELMs suppression phase, when n=1 RMPs applied, was observed on EAST, however, the change of the pedestal structure needs further investigation. The parameter spaces of the different RMP coil configurations also need further research. This proposal will measure the edge plasma density profile using reflectometry systems, and make a comparison with the uncontrolled ELMy H-mode case. Other diagnostic systems, such as Thomason Scattering systems and ECE systems, will be used to investigate the change of the electron temperature pedestal profile. After the measurements, the profiles will be used in the equilibrium calculations, which will be used as inputs to BOUT++ code. A comparison will be made between the experimental results and simulation results. This proposal is very important to investigate the parameter space of the RMP coils used to mitigate ELMs and make a further understanding of the mechanism of the mitigation of ELMs.

用外加线圈在等离子体边界产生共振磁扰动(RMP)，是目前主动控制ELMy H模等离子体中ELMs的主要方法之一。在EAST上，当n=1的RMP对ELMs产生抑制作用时，等离子体的弦平均密度下降约15%，对台基结构的研究需要进一步深入。由于EAST上RMP的特点，可以产生不同环向模数的扰动场，在各种不同环向模数的扰动场下对ELMs缓解的等离子体参数区间需要进一步探索。拟申请项目将通过EAST上边界密度剖面测量的微波反射仪来测量加上RMP之后等离子体密度台基结构的变化，并结合其他边界参数测量诊断，如汤姆逊散射以及电子回旋辐射诊断分析温度台基的变化。该项目还将对BOUT++的模拟结果和实验结果的比较，可以进一步理解RMP控制ELMs的物理机制。该项目对进一步探索RMP在EAST上实现ELMs控制的参数空间，研究RMP对台基结构的影响以及理解RMP控制ELMs的物理机制具有非常重要的作用。

课题研究分为实验研究，诊断发展以及模拟研究方面。在实验研究方面，该课题研究了EAST上边界磁扰动（RMP）对等离子体密度台基结构以及台基湍流的影响。 在EAST上RMP加入之后边界的密度台基最大压强降低为原来的50%，同时出现明显的芯部密度降低现象。微波反射仪测量的结果表明等离子体的小于60kHz的低频湍流增强，可能是导致密度下降的主要原因。在加上RMP之后，等离子体的边界密度沿径向向外移动约为~5%小半径的距离，这和其他装置上测得的结果一致。在诊断发展方面，我们发展了多道的X模以及O模相关微波反射仪，这些反射仪在EAST后续的实验中得到了广泛使用，相关的数据正在组织人员进行分析。我们还对CFETR上的诊断进行了预研，给出了CFETR上诊断选择种类的初步方案。在BOUT++的模拟方面，我们使用BOUT++的6场双流体模型对DIII-D上不同同位素L-H转换前的台基湍流进行了模拟。线性结果表明理想MHD的稳定，电阻性气球模（RBM）不稳定。非线性模拟结果和实验结果定性一致，由于H等离子体放电时的离子温度较高，因而BES只能测到沿离子抗磁漂移方向传播的模，模拟还发现径向电场对等离子体的湍流行为影响很大。在模拟研究方面，课题组还对偏滤器位形下弹丸注入的情况进行了模拟。BOUT++的湍流模拟结果表明在假设弹丸引起的密度扰动为高斯型分布时，当弹丸注入尺寸超过一定大小的时可以触发ELM，这和EAST实验的结果定性一致。我们还在原有的BOUT++输运模拟程序中加入了锂的原子过程，这有助于分析锂弹丸对台基结构的影响，以及锂离子的输运行为研究。