east装置等离子体逃逸电子同步辐射行为的实验研究 study of runaway electrons synchrotron radiation on east tokamak.pdfVIP

第 36 卷 第 4 期 核 聚 变 与 等 离 子 体 物 理 Vol.36, No.4 2 0 1 6 年 12 月 Nuclear Fusion and Plasma Physics Dec. 2016 文章编号：0254−6086(2016)04−0303−06 DOI: 10.16568/j.0254-6086.201604003 EAST 装置等离子体逃逸电子 同步辐射行为的实验研究 1, 2 1 2 2 1 仰振东 ，方建安 ，龚先祖 ，甘开福 ，崔治学 (1. 东华大学信息科学与技术学院，上海 201620 ；2. 中国科学院等离子物理研究所，合肥 230031) 摘 要：通过红外可见内窥镜诊断系统对 EAST 等离子体芯部逃逸电子的同步辐射功率谱进行了分析，得出 低能段逃逸电子同步辐射主要在红外波段，随着逃逸电子能量的增加，同步辐射向短波方向移动进入可见光波段。 在欧姆放电条件下，对逃逸电子同步辐射所产生的的红外可见光进行了成像分析，同时研究了 EAST 等离子体在 低杂波和中性束注入加热条件下的逃逸电子行为。实验结果显示，低杂波和 NBI 的投入总体抑制电子的逃逸， 但低杂波投入初期产生的快电子对逃逸电子的产生具有促进作用。 关键字：逃逸电子；红外相机；可见 CCD ；EAST 装置 中图分类号：O536 文献标志码：A 1 引言 能逃逸电子与本底电子发生近距离库伦碰撞，使得 逃逸放电是托卡马克运行中的常见现象，在低 本底电子获得比阈值高的能量成为逃逸电子，而自 密度放电条件以及破裂过程中，逃逸电子的产生尤 身减少后的能量依然大于逃逸阈值仍为逃逸电子， 为显著。在破裂过程中，由于磁场结构的改变，等 这样类似雪崩一样，产生更多的逃逸电子。 离子体约束变差，高能逃逸电子损失到壁上会对材 托卡马克等离子体放电过程中，当离子体中电 料造成损伤，所以研究探测逃逸电子对保护装置的 子速度超过逃逸阈值速度后，电子将被持续加速成 安全运行十分重要[1, 2] 。目前国外托卡马克装置， 为逃逸电子，一般逃逸电子能量可以达到几十 如 D Ⅲ-D[3]、JET[4]、TEXTOR[5]等，都对逃逸电子 MeV ，有的甚至更高。高能逃逸电子在托卡马克沿 的行为进行了研究。逃逸电子的产生主要有两种机 大环方向运动时发出同步辐射。低能段逃逸电子同 制，一种是等离子体中的电子一方面受到感应电场 步辐射处于红外波段，随着逃逸电子能量的提高， 的加速作用，另一方面受到本底等离子体的碰撞阻 同步辐射波段向短波方向移动进入可见波段，可以 尼作用。由于电子与本底等离子体的碰撞阻尼与电 被红外相机、可见相机[8]探测到。本文主要通过逃 子的速度的平方成反比，当电子的速度大于某个阈 逸电子同步辐射能谱，分析了红外可见相机所监测 值后，电子所受的电场力将大于碰撞阻尼，电子将 逃逸电子能段范围。进一步通过红外可见相机诊断 被持续加速成为逃逸电子，这就是初级逃逸机制又 研究了 EAST 逃逸电子在欧姆放电条件下的红外可 叫狄拉克逃逸机制[6] 。另一种产生机制是次级逃逸 见同步辐射，研究了低杂波和 NBI 辅助加热对逃逸 机制又叫雪崩过程[7] ，即等离子体中已经存在的高 电子行为的影响。 收稿日期：2015−12−0