HL-2A台基区不稳定性与台基形成的相互关系的实验研究

Investigation of the pedestal physics in magnetic confinement plasmas is one of the most crucial and frontier issures for present fusion plasma study, especially the structure and the formation mechanism of the Edge Transport Barrier (ETB) in high confinment mode disachges. And it has great significance for obtaining high performance fusion plasma, especially for the International Thermonuclear Experimental Reactor (ITER). This project is goning to experimentally study the pedestal dynamics in the HL-2A tokamak. The fast reflectometry is used to measure and quantitatively discrible the parameters of the pedestal structure. The density fluctuation reflectometry is used to measure the pedestal -localized fluctuations simultaneously. Then both the radial and poloidal charateristic parameters can be obtained.By comparing with theoretical models,the instabilitied can be identified.Further,the spatial and temporal features of the instabilities and their relationship with pedestal structure will be studied detailly. And it aims to undertand the effect of the pedestal-localized instabilities on the pedestal saturation and the role of the pedestal evolution in the excitation of the underlying instabilities. At last, the measurement results will support the development of the prodictive model for the pedestal structure.

磁约束聚变等离子体的台基区物理研究，尤其是边缘输运垒的结构和形成机制研究是目前聚变等离子体物理研究的热点前沿课题之一，其对于获得高性能的聚变等离子体尤其是ITER具有重要的意义。本项目将在HL-2A托卡马克装置上开展台基区动力学实验研究。通过利用快速扫描微波反射计测量并定量描述台基的结构参数，并利用微波反射计同时测量台基区的等离子体涨落，测量不稳定性模的径向和极向特征参数，通过与现有理论模型进行比较，鉴别台基区不稳定性的类型。研究其空间结构和演化特征与台基结构的相互关系。理解台基不稳定性对台基饱和的作用，以及台基结构演化对不稳定性激发的作用，为预测台基结构的物理模型发展提供实验依据。

磁约束聚变等离子体中关于边缘输运垒的结构和形成机制研究是目前聚变等离子体物理研究的热点前沿课题之一。本项目在HL-2A托卡马克装置上开展了等离子体台基动力学研究。通过利用先进微波诊断系统测量了台基区的结构参数、等离子体涨落及不稳定性模式的时空演化。并结合理论模拟，鉴别了不稳定性模式的类型。研究了不稳定性模式与台基结构演化的相互关系。. 在等离子体诊断系统方面，2014年我们完善和升级了HL-2A装置上的微波反射计系统，提出了一种修正的相位提取方法重建等离子体密度分布，可以快速（小于25微秒）完整地测量台基的结构。2015年我们新发展了多道微波多普勒反射计（K和Ka波段）, 首次在HL-2A装置上利用多道微波多普勒诊断系统三维地测量了带状流，并证实了带状流阻尼机制的理论预言。在物理研究方面，在HL-2A的台基区内，观察到了50-100kHz的准相关模存在于第一个ELM爆发之前或相邻ELM间隔内，测量了该模的三维空间结构。研究了台基区准相干模对台基演化的作用，揭示了该模对台基饱和的重要作用。在HL-2A的H模期间，首次观察到激发电磁湍流的两个正负非对称的临界杂质密度梯度，并从实验和理论模拟上揭示了在等离子体高约束放电模式下杂质离子对电磁湍流的驱动机制。. 依托于该项目的资助，我们发展和完善了HL-2A上的等离子体诊断系统，开展了台基区物理的前沿课题研究，并取得了一系列重要的物理成果。在2014-2016年期间，与项目相关的主要成果如下：文章共发表8篇（已标明资助），其中SCI文章7篇；参加国际会议4次，国内会议3次，其中欧洲物理学会邀请报告1次，中国物理学会邀请报告1次，安徽省核学会邀请报告1次；获欧洲物理学会奖励1项，中国核学会奖励1项，获全国蔡诗东等离子体物理奖。该项目取得的研究成果对我们进一步深入开展磁约束等离子体高约束模物理研究打下坚实的基础，为理解台基物理，进一步提高等离子体约束，以及未来主动控制等离子体输运等提供了重要的参考。