HT-7上二维电子回旋辐射成象诊断

徐小圆 xyxu3@mail.ustc.edu.cn

2007.9.27

概要锯齿研究背景介绍HT-7 上 2D ECEI实验结果

锯齿破裂成像涨落研究

m=1锯齿重联理论模型 Kadomtsev(’76)2D 全重联模型

预言破裂后芯部 q0>1 q0 维持在 ~0.7(TEXTOR & TFTR

) q0 在 0.7 ~1.0 之间 (DIIID)

预言的重联时间明显比实验结果慢 修正的 Kadomtsev 2D 模型

锯齿由两个阶段构成 : kink 模引起弱重联 强重联 : 机制不清

Wesson 准交换模型 冷泡进入热芯中 , 发生对流

3D 局域重联模型 重联只在低场侧某个局域的环向位

置发生 , 因此重联发生不至于引起q0>1: M.Yamada(’94),Y.Nagayama(’96)

m=1锯齿实验研究 软 X 射线阵列成像部分支持各

种模型特征 准交换模 :R.Granetz(’88) 全重联模型 :C.Janicki(’89) 高场侧和低场侧不对称性支持

3-D 局域重联 : S.Yamaguchi(’04)

1-D ECE 系统重构 2-D 成像 支持全重联模型热芯为圆形的

特征 气球不对称性可以用 3-D 局域

重联模型解释 : Y.nagayama(’96)

TEXTOR 上 2D-ECEI 成像 全重联模型所预言的重联过程

确实发生 , 但对热流的估计表明重联最多只可能在大约 1/4环向发生

与气球模模型模拟结果比较表明 , 在低场侧实验与模拟结果相似 , 但在高场侧模拟结果认为不会出现破裂

HT-7 上 2D ECEI

相比于一维 ECE 旋转成像和软 X 线反演成像的结果，二维 ECEI 系统优点在于不需要作刚体旋转假设，直接实现对托卡马克小截面特定区域的电子温度相对涨落成像

需要灵敏的宽带毫米波天线 , 宽带中频系统

ECEI系统特征 水平方向 8 道 ~4cm, 尺

寸受中频系统带宽限制 垂直方向 16 道 ~20cm,

尺寸受窗口尺寸限制 垂直方向取样体积体积

~1cm, 水平方向取样体积 ~1cm

采样率 ~1MHz 实时研究 >1% 涨落 , 长

时间积分研究 >0.1% 涨落

相关等离子参数总体参数 Ip=170kA,Bt=1.9T, 边界 q~3等离子体参数 :

q=1 面半径 :~7cmAlfven 传播时间和阻抗扩散时间

Kadomtsev 重联时间 :

~ 0.6 , ~ 0.2A Rs s

7 7~ 3 10 / , ~ 10 / ,A theV cm s V cm s

1~ ~1702k A R s

~ 5.6pi

ccm

13 31.6 ~ 4.5 10 , (0) ~ 800 , ~ 0.3e pn cm Te eV

电子温度剖面 ECEI 系统与 HT-7

上 16 道水平方向 ECER 诊断系统的纵场定标剖面相吻合

垂直移动 ECEI 诊断仪器定标，获得较理想的二维温度剖面

-15 -10 -5 0

0.2

0.25

0.3

0.35

0.4

0.45

0.5

r (cm)

Te (a

.u.)

eceecei

r (cm)

Z (c

m)

-20 -15 -10 -5 0 5-10

-8

-6

-4

-2

0

2

4

6

8

10

0.4

0.45

0.5

0.55

0.6

0.65

0.7

锯齿破裂过程成像 放电条件 : Ip=145kA, ne=2.4; 两条黑线标明了 q=1面的位置范围

高场侧锯齿破裂过程 : m=1的磁岛旋转，热芯和冷磁岛交替出现 一个小的冷泡越过 q=1面内进入热芯 ,并逐渐膨胀 ,热芯则演化为弯月型

与Wesson准交换模模型类似 ,但m=1的磁岛旋转与模型不吻合

0 50 100 150 200 250-0.2

0

0.2

t (s) T

e/T

e

1 2 3 4 5 6 7 8

1

-6 -4-10

-5

0

5

102

-6 -4-10

-5

0

5

103

-6 -4-10

-5

0

5

104

-6 -4-10

-5

0

5

10

5

-6 -4-10

-5

0

5

106

-6 -4-10

-5

0

5

107

-6 -4-10

-5

0

5

108

-6 -4-10

-5

0

5

10

-0.2

-0.1

0

0.1

芯部主要的湍流模受取样体积平均的影响 ,最大波数 ~3cm^-1,只能测量到 ITG和 TEM模低频部分

低场侧 Te涨落 Ip=170kA,ne=4.5;

位置 :(14.1cm,8.7cm)

低频MHD和高频涨落都在电子逆磁漂移方向传播 0 50 100 150 200 250

0

0.05

0.1

0.15

0.2

0.25

0.3

0.35

0.4

0.45

0.5

Frequency (kHz)

Coh

eren

ce

0 50 100 150 200 250

-0.8

-0.6

-0.4

-0.2

0

0.2

0.4

0.6

0.8

/2 (kHz)

Cro

ss P

hase

(rad

/pi)

高场侧 Te涨落 Ip=160kA,ne=4.5;

位置 : (-15cm,8.7cm)

低频MHD沿着电子逆磁漂移方向传播 ,但高频涨落在离子逆磁漂移方向传播

0 50 100 150 200 2500

0.05

0.1

0.15

0.2

0.25

0.3

0.35

0.4

0.45

0.5

Frequency (kHz)

Coh

eren

ce

0 50 100 150 200 250

-1

-0.8

-0.6

-0.4

-0.2

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

/2 (kHz)

Cro

ss P

hase

(rad

/pi)

高场侧 Te涨落相对于中平面附近 ,

Te涨落在上半和下半部分强 ,波数 ~1.5cm^-1

波数矢量表明在离子逆磁漂移方向传播

ne=2.0~3.8存在类似结果 ,且涨落最大值随密度增加而增强

高密度下的低场侧 Te涨落 ne<3.8时 ,涨落始终处于很低水平 ,不超过 1%

ne=4.5时 ,在低场侧出现很强的涨落 ,这可能与负电子温度梯度有关

涨落在电子逆磁方向传播 ,仅芯部有个别点在离子逆磁方向传播

总结 2D ECEI 达到了直接对温度的成像结果

锯齿破裂成像表明类似于准交换模型 , 但磁岛旋转与该模型不吻合

约束区温度涨落研究 得到波数的二维分布 低场侧的涨落相对较小不超过 1%, 仅在高密度时出

现很强的涨落 高场侧在上半和下半部都存在较强的涨落 , 且在离

子逆磁漂移方向传播

谢谢！