EAST反磁剪切q_(min)≈2条件下磁流体力学不稳定性及内部输运垒物理实验结果简述

摘要

托卡马克装置内,建立和维持内部输运垒结构是提高等离子体约束的重要保障.本文简单概述了EAST反磁剪切q_(min)≈2实验条件下建立和维持内部输运垒的关联物理过程:“离轴锯齿”和双撕裂模不稳定性;快离子激发的阿尔芬波不稳定性;热粒子激发的低频模不稳定性等.首先,“离轴锯齿”是判断实验条件q_(min)≤2的重要依据.文中详细介绍了“离轴锯齿”的激发条件、分类方式和先兆模结构等基本特征,其崩塌事件由m/n=2/1双撕裂模磁重联诱发产生.其次,在“离轴锯齿”振荡期间,快离子很容易激发比压阿尔芬本征模和反剪切阿尔芬本征模.这两类阿尔芬本征模的环向模数为1≤n≤5,径向位置为环向区域1.98 m≤R≤2.07m(磁轴R0≈1.9 m,归一化小半径0.2≤ρ≤0.45).简述阿尔芬波的激发条件和3种不同物理量(热压力梯度、快离子分布函数和环向流速剪切)等之间的关系.第三,在“离轴锯齿”振荡期间,热压力梯度可以诱发低频模不稳定性.利用一般鱼骨模色散关系很容易得出EAST上低频模的基本特征:1)离子抗磁漂移频率大小;2)阿尔芬波极化方向;3)反应型动理学气球模特征.低频模不稳定性的激发不依赖快离子,主要发生在高的压力梯度区α∝(1+τ)(1+ηi),τ=Te/T_(i),ηi=Lni/LT_(i),也即是足够高的τ和ηi.最后,“离轴锯齿”不稳定性的抑制和内部输运垒结构的建立.EAST内q_(min)≈2条件下内部输运垒建立过程中包括3个重要过程:1)切向(NBI1L)注入比垂直方向(NBI1R)注入的中性束更容易缓解“离轴锯齿”的爆发周期;2)存在“离轴锯齿”的情况高效缓解微观不稳定性,且此位形更有利于内部输运垒结构的建立;3)内部输运垒建立过程中伴随阿尔芬波(1≤n≤5)不稳定性的激发,内部输运垒维持期间存在热离子温度梯度激发的中尺度微观不稳定性(5≤n≤10)等.因此,理解和掌握“离轴锯齿”实验条件的建立和抑制、阿尔芬波的激发和快离子的再分布、热压力梯度相关不稳定性等物理过程,对于内部输运垒形成机制的理解具有重要的借鉴意义.