近日,等離子體所徐國盛研究員課題組在研究EAST裝置長脈沖高約束模式放電條件下的邊界局域模線性不穩(wěn)定性方面取得進展,相關內容由博士生王一豐等人發(fā)表在核聚變領域期刊Plasma Phys. Control. Fusion上[Y. F. Wang, et al, Stability analysis of ELMs in long-pulse discharges with ELITE code on EAST tokamak, Plasma Phys. Control. Fusion: 60, 055002 (2018)]。
在2017年物理實驗中,EAST裝置成功實現了101.2s穩(wěn)態(tài)長脈沖高約束模式等離子體運行,創(chuàng)造了新的世界紀錄。EAST裝置上穩(wěn)態(tài)長脈沖高約束模式等離子體放電面臨的關鍵問題之一是控制邊界局域模爆發(fā)產生的瞬態(tài)熱負荷,理解長脈沖放電條件下的邊界局域模特征有助于對其進行有效控制?;贓AST裝置上的各種分布測量診斷,對典型長脈沖高約束模式等離子體做了動理學平衡計算,并利用ELITE程序對臺基區(qū)域的理想線性剝離-氣球模穩(wěn)定性做了分析。計算結果顯示,長脈沖高約束模式等離子體放電中,最不穩(wěn)定模式為環(huán)向模數n=10~15,最不穩(wěn)定模結構局域在臺基梯度區(qū)域,與實驗測量的邊界局域模徑向影響范圍一致。與更高等離子體電流(Ip=600kA)且伴隨第一類邊界局域模的臺基比較,長脈沖高約束模式等離子體放電(Ip=450kA)下的臺基剝離-氣球模更加穩(wěn)定,通過掃描臺基壓力梯度并保持碰撞率不變,估算得到長脈沖高約束模式等離子體放電的臨界壓力梯度峰值約為前者的65%。相比其它托卡馬克,EAST裝置的兩個重要特征,包括更寬的臺基結構和更小的逆縱橫比,被認為有助于EAST裝置在長脈沖高約束模式放電條件下獲得比較小的邊界局域模。此外,邊界分布測量的誤差對穩(wěn)定性計算結果的影響也做了分析,包括邊界密度分布的徑向位置誤差,最外閉合磁面位置誤差和有效電荷數誤差。
文章鏈接:http://iopscience.iop.org/article/10.1088/1361-6587/aab174/meta
圖1 利用ELITE計算得到的長脈沖放電#67238(紅色)和更高等離子體電流且伴隨第一類邊界局域模放電#71450(藍色)的臺基剝離-氣球模穩(wěn)定性結果:(a)穩(wěn)定性區(qū)間,(b)各環(huán)向模數增長率。
圖2 通過掃描臺基壓力梯度并保持碰撞率不變,估算得到#67238和#71450的臨界臺基壓力梯度峰值,前者約為后者的65%。