j-text边界等离子体环向转动的偏压调制实验研究

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1、分类号学校代码密级博士学位论文边界等离子体环向转动的偏压调制实验研究学位申请人：孙岳学科专业：电气工程指导教师：庄革教授答辩日期：年月日ADissertationSubmittedinPartialofFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofDoctorofphilosophyinEngineeringExperimentalstudiesofplasmatoroidalrotationwithelectrodebiasingattheedgeofJ-TE

2、XTCandidateSunYueMajorElectricalEngineeringSupervisorProf.ZhuangGeHuazhongUniversityofScience&TechnologyWuhan430074，独创性声明本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除文中已经标明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体己经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到，本声明的法律结

3、果由本人承担。学位论文作者签名：日期：年月乂日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留并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。本人授权华中科技大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索可以釆用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。保密口，在年解密后适用本授权书。本论文属于不保密请在以上方框内打“”）学位论文作者签名：指导教师签名曰期：年厂月穴曰曰期如厂年：月如华中科技大学博士学位论文摘要环向

4、转动对于托卡马克等离子体而言具有重要的作用。一方面，环向转动及其剪切可以增强内部输运垒、驱动剪切流并抑制微观不稳定性（湍流，从而改善等离子体的约束状态；另一方面，足够强的环向转动还可以抑制一些危害性极大的宏观磁流体不稳定性，包括新经典撕裂模和电阻壁模，因而有利于装置的稳态运行。因此如何充分了解环向转动的物理过程，并以此为基础实现对环向转动剖面的优化和控制，成为托卡马克物理研究的一项重要内容。目前，环向转动相关的物理研究仍存在不少难点，其中包括了本征环向转动的驱动机理以及环向动量输运过程。本文以装置作

5、为实验平台，对等离子体边界的本征转动驱动机理和动量输运过程展开了实验研究。作为实验研究的基础，本文在托卡马克上设计并建立了一套偏压电极系统。偏压电极系统作为实验调节手段，一方面可以改变边界的尽流剪切，另一方面还可以作为外加局部动量源，改变边界的环向转动。实验发现，在正、负极性的偏压电极下，等离子体的（主要是粒子）约束性能均可被改善，伴随着边界径向电场瓦剪切的明显增强以及湍动粒子输运通量的抑制。边界本征环向转动是朝向同电流方向的。偏压电极可有效改变边界环向转动：正偏压下，边界环向转动向同电流方向变化，

6、负偏压下则向反电流方向变化统计结果显示边界环向转动与偏压电流大小基本呈线性关系。在不同偏压条件下，环向）雷诺协强项始终主导了湍动动量输运过程。随着局部径向电场瓦剪切的增强，雷诺协强和湍动动量输运通量均显著减小，反映了瓦剪切对局部湍动输运的普适的抑制作用。实验中通过加负偏压（偏压电流约，成功地置零了边界环向转动，并分别测得了边界残余协强和本征力矩密度的分布。将残余协强对应的力矩密度与本征力矩密度进行直接对比后，发现两者能较好地相符，从而为“残余协强驱动本征转动”这一理论预言提供了直接的实验证据。本文还

7、基于微扰法，利用偏压电极调制，初步估算了局部等离子体（归一化小半径〉环向动量输运系数（包括扩散系数和对流速度的径向分华中科技大学博士学位论文布。结果发现，办始终为正随小半径增加，其值（量级）明显大于新经典理论预测值；。。始终为负，体现了动量箍缩效应。关键词：托卡马克等离子体边界偏压电极环向转动动量输运残余协强微扰法华中科技大学博士学位论文，￡华中科技大学博士学位论文狂，，华中科技大学博士学位论文目录播绪论研究背景托卡马克等离子体的约束和输运概述托卡马克等离子体环向转动的研究意义偏压电极驱动环向转动的

8、可行性分析本文主要研究内容托卡马克等离子体环向转动的研究现状本征转动外加动量源动量陷动量输运本章小结边界偏压调制实验的设计及准备实验的设计装置简介偏压电极系统的设计与建立静电探针诊断边界杂质转动诊断（本章小结边界偏压调制对等离子体约束的影响实验布置全局参量的演化华中科技大学博士学位论文边界尽剪切流（边界涨落量及湍动粒子输运（边界湍流的极向相关性与相速度（本章小结边界偏压等离子体浦动动输运和本征转动驱动机理研究实验布置边界环向转动的驱动湍动（环向）动量输运残余协强与本征