电子回旋波驱动的托卡马克芯部等离子体极向旋转.pdfVIP

第 47 卷 第 9 期 1998 年 9 月 物 理 学 报 V l. 47, N . 9, September, 1998 1000-3290/ 98/ 47( 09) / 15 15-05 ACTA PHYSICA SINICA 1998 Chin. Phys. S c. 刘才根 钱尚介 ( 核工业西南物理研究院, 成都 610041) 万华明 ( 南昌航空工业学院, 南昌 330034) ( 1997 年 10 月 27 日收到) 提出了一个驱动托卡马克芯部等离子体极向旋转 新途径: 用电子回旋波产生芯部等离 子体极向旋转. 物理机制如下: 在高功率 电子回旋波加热 托卡马克等离子体中, 共振局域 化现象将产生极向电场从而形成极向外高内低 离子密度分布; 这个极向离子 积累可以克 服来 自磁泵 阻尼而使等离子体极向旋转退稳定. 从流体力学方程和漂移动力学方程中, 得 到了等离子体旋转退稳 判别式. 结果表明现有 电子回旋波加热功率水平可以驱动芯部等 离子体 极向旋转. PACC: 5230; 5255; 5235 1 引 言 磁约束核聚变 研究正在朝着商用反应堆方向发展. 对于托卡马克堆而言, 等离子体 改善约束模式下 运行是必要 , 而且约束模式 进一步改善具有很大经济意义. 近十年 来 托卡马克实验研究发现改善 等离子体约束运行常常是由一个大 等离子体旋转所 触发. 理论研究也证实: 等离子体旋转及其剪切能有效避免磁流体力学不稳定性和抑制湍 流, 从而改善托卡马克等离子体 约束性能. 所以, 实现托卡马克改善约束模式运行 途 径之一是主动地驱动等离子体旋转[ 1] . 偏压电极是成功 人为驱动等离子体旋转而得到 改善约束运行 例子[2, 3] . 但是, 它们有两个不足: 首先它不适合于反应堆条件下; 其次只 能驱动边缘等离子体旋转. 因此, 寻求新 , 可以外部主动控制 , 能驱动堆条件下芯部等 离子体旋转以实现改善约束 托卡马克运行 方法显得十分重要和紧迫. 由于托卡马克辅助加热和无感电流驱动技术 发展, 射频波功率源已发现到十兆瓦 量级, 如果能利用射频波产生等离子体旋转, 对于在堆条件下改善约束模式运行无疑是很 好 . 因此, 国际聚变学术界对射频波驱动等离子体旋转 研究是十分热烈 : 文献[ 4, 5] 研究了用阿尔芬波和快波驱动等离子体边缘 极向旋转; 文献[ 6] 根据离子伯恩斯坦波在 等离子体芯部 E 值比较大 特点, 提出了利用离子伯恩斯坦波 有质动力来驱动等离 r 中国核科学基金( 批准号: H7196C0305) 资助 课题. 1516 物 理 学 报 47 卷 子体旋转; 文献[ 7] 分别从实验和理论上研究了离子回旋波驱动 等离子体环向旋转. 本文提出了一个新 , 可以应用于芯部 , 等离子体极向旋转驱动机制: 用电子回旋 波来产生极向不均匀 等离子体密度分布, 随后使等离子体 自发 极向旋转退稳定. 这种