剪切电场下等离子体湍流特性研究

This research project is based on the HL-2A/2M tokamak fusion devices in the Southwestern Institute of Physics, the KTST (Keda Stellarator Torus) in the University of Science and Technology of China, and the LPD (Linear Plasma Device) in Peking University. The research will be mainly focused on the interaction between ExB shear flow and turbulence, with experiments carried out on the three different devices. Physics comparison between spontaneously generated shear flow-turbulence interaction and externally driven shear flow-turbulence interaction will be emphasized. All the experiments are dedicated to search for the physical mechanism that can explain why shear flow can be spontaneously generated in plasmas and why shear flow can suppress the turbulence transport. The contents of this research project is directly related to the performance of ITER basic scenarios (ELMy H-mode), and is one of the most important research topics in the magnetic fusion community.

本课题依托于西南物理研究院HL-2A/ 2M大型磁约束聚变装置，积极开展与中国科学技术大学KTST稳态环形装置和北京大学LPD直线型等离子体装置的合作。针对等离子体中ExB剪切流和湍流相互作用这一具体问题，在3个不同等离子体位形的装置上进行深入研究，详细比对自发产生的剪切流和外部激发产生的剪切流以及他们和湍流相互作用的微观过程，寻求剪切流自发产生的普遍规律和它能够抑制湍流输运的物理根源。对于这个问题的研究直接关系到ITER基本运行模式（ELMy H模）的实现和保持，是目前国际上磁约束核聚变领域最重要的研究课题之一。

本项目依托于西南物理研究院HL-2A大型磁约束聚变装置，积极开展与中国科学技术大学KTST稳态环形装置和北京大学PPT直线型等离子体装置的合作。项目针对等离子体中E×B剪切流和湍流相互作用这一具体问题，在3个不同等离子体位形的装置上进行深入研究，详细比对了剪切流和湍流相互作用的微观过程，探索剪切流产生的普遍规律和它能够抑制湍流输运的物理根源。. 本项目通过实验研究证明了剩余协强的梯度提供自发旋转的力矩，所引起的动量注入与速度梯度引起的动量扩散共同导致了雷诺协强负梯度，进而驱动极向流；首次在实验上验证了“锁相&滑相”理论；对流项、高阶非线性项与雷诺协强共同驱动环向动量通量的径向输运；证明了ELM爆发期间电子逆磁漂移方向的净动量注入到台基区；证明了表面效应和湍流扩散效应在带状流和湍流能量转换过程中所起的重要作用；偏压电极可以有效的改变径向电场，通过雷诺协强驱动极向流。. 项目还采用偏压电极外部主动激发产生和控制剪切，创新的采用热电子发射电极解决了传统冷偏压电极的等离子体屏蔽电场的问题，以及采用极向半圆形分布的偏压电极改善了传统点偏压电极的极向不对称问题，实验证明了雷诺协强在驱动极向流中所起的重要作用。. 本项目的研究内容直接关系到ITER基本运行模式（ELMy H模）的实现和保持，是目前国际上磁约束核聚变领域最重要的研究课题之一。