带状流在偏压电极约束改善实验和芯部相干散射实验中的研究等离子体物理专业论文.docxVIP

University University of Science and Technology of China A dissertation for doctor。S degree The Experimental Study of Zonal Flows in Confinement Imp rovement Induced by Electrode Biasing and C ore C ollective Scattering System Author： Speciality： Supervisor： Finished Time： May,201 6 万方数据 中国科学技术大学学位论文原创性声明本人声明所呈交的学位论文，是本人在导师指导下进行研究工作所取得的成 中国科学技术大学学位论文原创性声明 本人声明所呈交的学位论文，是本人在导师指导下进行研究工作所取得的成 果。除己特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含任何他人已经发表或撰写 过的研究成果。与我一同工作的同志对本研究所做的贡献均已在论文中作了明 确的说明。 作者签名：巡 签字日期：垄!受：鱼：兰 中国科学技术大学学位论文授权使用声明 作为申请学位的条件之一，学位论文著作权拥有者授权中国科学技术大学 拥有学位论文的部分使用权，即：学校有权按有关规定向国家有关部门或机构送 交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅，可以将学位论文编入《中国 学位论文全文数据库》等有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复 制手段保存、汇编学位论文。本人提交的电子文档的内容和纸质论文的内容相 一致。 必威体育官网网址的学位论文在解密后也遵守此规定。 ＼耆开 口 定 储搭 孙 骼一避密级=!l 一糊 导师签名： 万方数据 摘要摘要 摘要 摘要 带状流(Zonal Flows)是磁约束等离子体中非常重要的静电涨落流，模特征 表现为环向和极向对称，并具有有限径向波数。带状流由背景湍流(Ar)通过非 线性三波相互作用产生，即能量来源于背景湍流，且带状流能通过径向剪切抑制 背景湍流，调节背景湍流的幅度，在改善约束以及触发低约束模向高约束模转 换(L．啪的研究中有着非常重要的作用。电极偏压(Electrode Biasing)是一种广 泛使用的人为改变等离子体内径向电场分布的手段，在本论文中使用偏压电极 在J-TEXT托卡马克中实现偏压H模，观测到了低频带状流(LFZF)和测地声模 (GAM)带状流，并研究了它们在偏压约束改善实验中的关键作用，研究了它们与 背景湍流的相互作用以及对输运的影响。本文主要内容包括实验研究了带状流 的两个分支：低频带状流(Low Frequency Zonal Flow,LFZF)和有限频率的测地 声模(Geodesic Acounstic Mode，GAM)，以及它们在偏压约束改善中与湍流的相 互作用和对输运的影响。此外，还发展出一种瞬时频率(Intermediate Frequency) 算法，用于提取托卡马克装置上散射数据中的速度信息，并成功使用该算法对芯 部测地声模进行了实验研究。 本论文在J-TEXT托卡马克的偏压约束改善实验中利用静电探针阵列，研究 了带状流和湍流的相互作用，取得以下主要结果：1．通过测量其各自的环向，极向 模数以及模频率证实了这两种相干模分别为LFZF和GAM。首次在偏压约束改 善实验中观测到测地声模。2．利用四探针进一步分析了两种带状流对径向粒子通 量的抑制作用，发现偏压约束改善期间，极向波数如在低频区域(50kHz)几乎为 零，对降低径向粒子输运起到关键作用。3．在对比湍流增长率(7AT=2．1×106s-1) 与偏压电极所产生的平衡剪切率∞ExB,Biasin。=1．5 x 106s-1)后发现，单独考虑 偏压电极所产生的平衡剪切率是不足以抑制湍流增长的，只有同时考虑带状流 所产生的剪切率(，yExB M=0． 71 × 10 增长率。该实验结果对理解L-H模转换机理的研究有重要意义，表明带状流在 偏压约束改善中的重要作用。低约束模向高约束模转换过程中背景湍流产生带 状流，带状流不产生径向输运，且通过剪切作用抑制背景湍流，达到改善约束的 效果；在研究中还发现，径向电场剪切是抑制背景湍流实现约束改善的主要原 因，带状流的剪切效果也有很重要的作用。 本论文的另一个工作是使用瞬时频率法研究芯部测地声模的模特征并拓展 散射诊断方法的适用性。在托卡马克等离子体中，等离子体的旋转速度通常是远 大于湍流在等离子体坐标系中的本征模旋转速度。对于使用散射原理进行测量 的诊断，获得数据中所包含的多普勒频移项通常占主导。而瞬时频率法就是利 用这一特点，从密度涨落信号中提取等离子体极向旋转速度信息。本论文利用 HT．7托卡马克上二氧化碳激光相干散射得到的