日前,DIII-D&EAST聯(lián)合研究團(tuán)隊(duì)在DIII-D上進(jìn)行了實(shí)驗(yàn),該實(shí)驗(yàn)將2013年DIII-D/EAST聯(lián)合實(shí)驗(yàn)中測(cè)試的高極向比壓、高最小安全因子運(yùn)行模式推廣到了具有更高等離子體電流(0.8MA)和更高的歸一化聚變性能參數(shù)的感應(yīng)運(yùn)行模式。該實(shí)驗(yàn)旨在探索最小安全因子大于2且具有低扭矩的可外推到EAST的長(zhǎng)脈沖高性能運(yùn)行模式,相關(guān)論文以“Scenario development for high βp low torque plasma with qmin above 2 and large-radius internal transport barrier in DIII-D”為題發(fā)表在核聚變領(lǐng)域頂級(jí)期刊Nuclear Fusion雜志上(Nuclear Fusion, 57 (2017) 022016)。
EAST等離子體預(yù)期運(yùn)行在低扭矩、qmin>2、射頻波主導(dǎo)加熱,平衡NBI注入,強(qiáng)低雜波離軸電流驅(qū)動(dòng)和自舉電流的條件下。該實(shí)驗(yàn)發(fā)展的運(yùn)行模式對(duì)于未來(lái)EAST實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)脈沖高性能運(yùn)行具有非常重要的參考意義。該實(shí)驗(yàn)在最小安全因子大于2且低NBI注入扭矩(3~5Nm)的條件下獲得了短暫的非常高的約束性能,H89=3.5(或H98,y2=2.1),βN~3.0。其優(yōu)良的約束與在0.8MA等離子體電流下在大的小半徑位置(ρ~--0.7)所有通道(ne,Te,Ti,VΦ)自發(fā)形成的內(nèi)部輸運(yùn)壘有關(guān)。測(cè)量顯示在內(nèi)部輸運(yùn)壘形成的位置包括阿爾芬本征模和寬頻湍流在內(nèi)的漲落水平顯著降低。線性回旋動(dòng)理學(xué)模擬也支持強(qiáng)內(nèi)部輸運(yùn)壘形成過(guò)程中大多數(shù)不穩(wěn)定模式增長(zhǎng)率的降低。模擬結(jié)果預(yù)示了湍流的強(qiáng)烈抑制以及某個(gè)正反饋機(jī)制可能在該過(guò)程中起作用,并導(dǎo)致大半徑內(nèi)部輸運(yùn)壘的自發(fā)形成。在不穩(wěn)定的內(nèi)部輸運(yùn)壘階段,觀察到邊界局域模崩塌有助于大半徑內(nèi)部輸運(yùn)壘的瞬態(tài)形成。發(fā)現(xiàn)這種內(nèi)部輸運(yùn)壘的形成對(duì)芯部等離子體具有屏蔽效應(yīng),同時(shí)隔絕了邊界局域模造成的擾動(dòng)。
該項(xiàng)研究成果是等離子體所長(zhǎng)期重視開展國(guó)際、國(guó)內(nèi)合作的結(jié)晶。得到了浙江大學(xué)、美國(guó)通用原子能公司、蘇州大學(xué)、美國(guó)勞倫斯利弗莫爾國(guó)家實(shí)驗(yàn)室、威斯康星大學(xué)麥迪遜分校、以及橡樹嶺聯(lián)合大學(xué)等國(guó)內(nèi)外合作者的共同參與和大力支持,同時(shí)也是EAST大科學(xué)工程團(tuán)隊(duì)團(tuán)結(jié)協(xié)作的重要成果。本工作受到國(guó)家磁約束核聚變能發(fā)展研究專項(xiàng)和國(guó)家自然科學(xué)基金的支持。
論文鏈接:http://iopscience.iop.org/article/10.1088/0029-5515/57/2/022016/meta

通過(guò)相關(guān)性分析發(fā)現(xiàn)臺(tái)基-內(nèi)部輸運(yùn)壘相關(guān)性增加的同時(shí)臺(tái)基-芯部的相關(guān)性降低。因此,可從該實(shí)驗(yàn)中得出結(jié)論:大半徑內(nèi)部輸運(yùn)壘的形成對(duì)芯部等離子體具有屏蔽效應(yīng),同時(shí)隔絕了ELM崩塌造成的擾動(dòng)。這種特性打破了一直以來(lái)認(rèn)為的臺(tái)基高度決定芯部等離子體性能的狀態(tài)。

該實(shí)驗(yàn)中的典型放電DIII-D160710炮,縱場(chǎng)2.05T,等離子體電流從0.6MA爬升到0.8MA。中性束功率8~10MW,注入束扭矩為3~5Nm。使用了βN反饋控制技術(shù),控制在3.0。在低等離子體電流和高等離子體電流階段都獲得了最小安全因子大于2,在圖中所示的3個(gè)陰影區(qū)域存在4個(gè)約束增強(qiáng)時(shí)期。