east装置低杂波电流驱动效率分析

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1、第30卷第2期核聚变与等离子体物理Vol.30,No.22010年6月NuclearFusionandPlasmaPhysicsJune2010文章编号：0254−6086(2010)02−0157−05EAST装置低杂波电流驱动效率分析李文科，丁伯江，李妙辉，查文清，胡怀传(中国科学院等离子体物理研究所，合肥230031)摘要：在EAST上通过分析剩余环电压与低杂波功率之间的关系，计算得到了低杂波电流驱动效率。采用归一化功率，即功率对等离子体电流、电子密度、等离子体大半径以及有效电荷数归一化，将所有数据绘制在同一曲线中，这样可

2、以得到不同等离子体参数下的低杂波电流驱动效率。实验得到低杂波电流驱动效率19−2−1η0=(0.5~1.3)×10A·m·W，在等离子体电流Ip=277kA、低杂波功率PLH=681kW条件下，实验得到长达3s的低杂波全波驱动。关键词：EAST装置；低杂波；电流驱动效率+中图分类号：TL624文献标识码：A1引言2低杂波电流驱动效率理论在很多托卡马克装置上，低杂波电流驱动是高在托卡马克实验中，低杂波电流驱动效率定义温等离子体与受控热核聚变研究中不可或缺的一nIR为η=erf0，其中，n为电子密度；I为低杂cderf部分，利用低杂

3、波电流驱动可以获得长脉冲等离子PLH[1][2,3]波驱动的电流；R为等离子体大半径；P为等离体电流，也可以改善等离子体约束与稳定性。0LH低杂电流波驱动对于实现稳态长脉冲运行有着十子体吸收的低杂波功率；I为等离子体总电流，可p分重要的意义。这是由于低杂波具有较高的耦合效以表示为：率和驱动效率，低杂波电流驱动所需的大功率源容I=I+I+I(1)pohmrfhot易获得，并且低杂波在托卡马克等离子体中传播的式中，I=V/R为欧姆场的感应电流；V为环ohmSp过程和电流驱动机制的物理图象比较清晰等特点电压；R为Spitzer电阻；I

4、为低杂波与欧姆场Sphot[4]所决定的。低杂波驱动电流的实验研究主要开始同时存在时与热电导有关的附加电流，于二十世纪七、八十年代，几乎世界上所有各主要2I=σE+σE+…忽略高阶项，可以得到：hot12的装置都进行过这项研究，取得了丰富的实验和理I=I+I+σE(2)pohmrf1论结果。现在不仅证明了低杂波驱动电流的可行[7]式中，σ为热电导。1性，而且得到的等离子体电流值和低杂波电流驱动假设等离子体总电流与等离子体电感都是常[5]效率也较为理想。在ToreSupra上，低杂波电流数，环电压下降可以表示为：19−2−1[6]

5、驱动效率约为η=0.5×10AmW，在JET上获0ΔVI−=rf(3)得的低杂波电流驱动效率高达η=(0.9~1.55)×0VIohmohm19−2−1×10AmW。因此，在EAST装置上研究低杂波式中，V为欧姆场阶段环电压；V为低杂波阶段ohm电流驱动效率，对今后更好的开展低杂波电流驱动环电压；ΔV=V−V表示环电压在低杂波阶段和ohm实验有一定的指导作用。[8]欧姆场阶段的变化。通过式(2)、(3)可以得到：收稿日期：2009−08−28；修订日期：2010−02−11基金项目：国家自然科学基金资助项目(10875149)作

6、者简介：李文科(1984−)，男，内蒙古巴彦淖尔布人，中国科学院等离子体物理研究所硕士研究生，主要从事低杂波电流驱动数值模拟与实验研究。158核聚变与等离子体物理第30卷ΔV(η+η)P2.0T，等离子体电流I=255~280kA，电子弦平−=01normP(4)V1+ηP19−3ohm1norm均密度ne=(0.8~1.5)×10m，低杂波功率PLH=式中，Pnorm=Prf/neIpR0为归一化低杂波功率；200~800kW，低杂波频率f=2.45GHz，初始平nIR行折射率N=2.1条件下，对低杂波电流驱动效率η=erf0

7、为低杂波全波驱动效率；P为全波驱

8、

9、0LH0PLH0实验进行了如下分析。σ1图1给出了Spitzer电导率的变化。图中，曲线动所需低杂波吸收功率；η1=为快电子热PnormσSpρ=1表示忽略Spitzer电导率的变化，η0=电导引起的电流驱动效率，其中σ为Spitzer电导()046558011887..±×1019A⋅m−2⋅W−1，η=(3.07109Sp1[9]率。在电子密度不是很低，低杂波功率不是很大±030302.)×1019A⋅m−2⋅W−1；曲线ρ=1.2表示考虑的情况下，可以忽略Spitzer电导率在欧姆场阶段

10、与了Spitzer电导率的变化η0=±(0.417490.24536ΔV19−2−119低杂波阶段的变化。这样−便是Pnorm的函数，×10A⋅m⋅W，η1=±(2.308571.26022)×10A⋅Vohm−2−1m⋅W。通过分析实验数据，采用最小二乘法计算