EAST装置电子模湍流径向相关性实验研究

Short-scale turbulence such as electron temperature gradient (ETG) mode and trapped electron mode (TEM) is considered to be a major candidate in producing anomalous electron transport in tokamak device. Along with the increase of plasma electron temperature or electron density, the change of gradient scale length about main plasma parameters will be unlike in different radial area, the corresponding variation of continuous multi-scale turbulence will also be shifted. Do the features of the radial abnormal electron transport only depend on characters of ETG mode or TEM mode in different radial area? Does the correlation of ETG mode or TEM mode among different radial area affect the radial electron transport? This needs to be verified by experiment. Changing the angle between the detective CO2 beam laser (CTS diagnostics) and the magnetic axis, we can implement the measurement of localized turbulence. Density fluctuation of radial adjacent area will be explored simultaneously in EAST tokamak. Using the method of EAST tokamak device's wave heating and driving of wave (LHW or ICRF), we can modify the localized temperature gradient and the level of shear flow, and then we will do some research on the relationship between different radial area's correlation of ETG mode or TEM mode and the radial electron transport.

托卡马克装置等离子体电子及电子热输运反常主要缘于电子模湍流。随着等离子体电子温度及密度的增加，托卡马克装置径向不同区域等离子体参数的梯度变化将有所区别，相应的不同区域的连续多尺度湍流变化也将有所不同，径向电子的反常输运特性是否仅仅依赖于径向不同区域的电子模湍流特性？径向不同区域的电子模湍流相关性是否影响电子的径向输运？这些需要通过实验来验证。通过改变二氧化碳激光相干散射诊断激光探测束与托卡马克装置磁轴的角度，可实现托卡马克装置等离子体密度涨落的区域性分辨测量。我们将通过EAST装置径向相邻区域等离子体密度涨落的同步测量，运用低杂波、离子回旋波加热、驱动手段，改变等离子体区域的温度梯度及流的剪切量，研究径向相邻区域等离子体电子模湍流相关性与等离子体径向电子输运的联系。

电子模湍流是指捕获电子模和电子温度梯度模，是导致托卡马克聚变装置电子输运反常的主要因素。由于聚变的产物，α高能粒子主要加热电子，反常的电子输运问题必须要解决，这样聚变装置才能有效的自持燃烧。在托卡马克装置等离子体密度涨落测量领域，捕获电子模湍流和电子温度梯度模湍流是小尺度的，方向垂直于磁力线，波矢分为极向和径向。托卡马克装置湍流径向相关性的改变反映了湍流结构的改变，可能导致聚变装置横越磁力线反常输运的变化。本项目在EAST托卡马克聚变装置上实验研究了低约束模到高约束模转化过程中捕获电子模湍流和电子温度梯度模湍流径向相关性的改变。得出了以下的初步实验研究结果.（１）在特殊的L－LCO－H模式转换过程中，对于径向小尺度湍流k=10cm-1与k＝１８cm-1的互相关度变化如下：在芯部区域的L模和LCO中前阶段，芯部湍流始经存在着一个相关结构，集中在10～25kHz这样一个准相干的频率带,这个相干结构在LCO阶段频率逐渐下降，在I-H转换前几个毫秒被一个宽频相关结构代替，这个宽频相关结构至H后期逐渐展宽，最终稳定在30～300Hz。在外部区域的L模和LCO阶段，k=10cm-1与k=18cm-1之间没有明显的相关结构；直到I-H转换前们几毫秒时,才出现宽频带的相关结构，并且其频宽在随后的H模中继续增长，强度增大。..（2）在L-H模式转换过程中，对于极向小尺度湍流的相邻区域,相同尺度湍流相关度的变化如下：i）对k=12cm-1波数湍流，随着L-H转换的发生，湍流的宽谱相关结构突然消失，相关系数大幅度降低；ii）对k=22cm-1波数湍流，随着低杂波的投入，湍流的宽谱相关结构逐渐变窄、相关度变弱，随后发生L-H转换。..(3)在L-H模式转换过程中，对于极向小尺度湍流相同区域，k=12cm-1与k=22cm-1波数湍流之间的互相关结构变化如下：在芯区，互相关宽频结构随着低杂波的投入快速消失，低频部分未观察到明显的变化，在L-H转换时互相关度没有显著的变化；在边区，互相关宽频结构随着低杂波投入逐渐减弱，低频部分也是逐渐减弱，在L-H转换时互相关度没有特殊的变化 。