HT-7装置低杂波电流驱动逃逸电子行为分析-核聚变与等离子体物理.PDF

第 29 卷 第 1 期 核 聚 变 与 等 离 子 体 物 理 Vol.29, No.1 2 0 0 9 年 3 月 Nuclear Fusion and Plasma Physics March 2009 文章编号：0254−6086(2009)01−0033−06 HT-7 装置低杂波电流驱动逃逸电子行为分析 卢洪伟，胡立群，林士耀，HT-7 实验组 (中国科学院等离子体物理研究所，合肥 230031) 摘 要：用 NaI 闪烁体探测器组成的逃逸电子诊断系统和 CdTe 半导体探测阵列组成的快电子轫致辐射诊断 系统，研究了一定等离子体密度条件下低杂波功率和等离子体电流对逃逸产生的影响以及一定低杂波功率下等离 子体密度对逃逸电子产生的不同作用效果。根据实验数据计算了 HT-7 装置等离子体中电子逃逸的阈值电场和一 定放电条件下电子逃逸的阈值能量。 关键词：低杂波电流驱动；电流密度；逃逸电子 中图分类号：O536 ；O532 文献标识码：A 1 引言 随着装置尺寸的逐渐增加和放电参数的提高， 托卡马克等离子体中的电子不仅受到本底等 放电过程中产生的逃逸电子对装置的损坏变得不 离子体的碰撞阻尼作用，还受到等离子体环电压的 可忽略；逃逸电子也会诱发一些不稳定性，同时由 加速作用，随着电子速度的增加，碰撞阻尼作用在 于逃逸电子的反常输运和等离子体内部磁涨落的 减小，而剩余环电压所产生的电场是基本不变的； 相关性，可以利用逃逸电子作为一种试验粒子来诊 当电子的速度增加到碰撞阻尼和电场力平衡时，电 断托卡马克等离子体内部的磁场涨落[3, 4] 。在 JFT-2 子就会受到剩余环电压的加速作用。由于托卡马克 和 ATC 托卡马克上进行的低杂波电流驱动下逃逸 的磁场具有一定的曲率和梯度，电子的运动轨道相 电子的研究结果发现快电子的平行速度越大，等离 ～ 对于磁轴有一个偏移，偏移的大小依赖于电子的运 子体的有效电荷数越大，逃逸越强[5 7] 。研究结果 动速度，随着电子速度的不断增加，电子的轨道漂 也发现：在磁化等离子体中，当电子的平行速度较 移也会增加，只有当电子的轨道半径和轨道漂移之 大时，电子的垂直速度分量才对电子逃逸的阈值速 和小于装置的小半径时，电子才可以被约束在装置 度产生明显的影响；垂直速度越大，电子逃逸的阈 中，否则，电子就会和装置的第一壁或限制器发生 值速度也越大[8] 。 碰撞成为逃逸电子。当进行低杂波电流驱动时，等 本文基于逃逸电子诊断系统和快电子轫致辐 离子体中的超热电子通过与低杂波共振或朗道阻 射诊断系统，并借助于其它相关诊断手段，研究了 尼效应获得能量，速度增加，变成高能电子，其结 在低杂波电流驱动条件下 HT-7 超导托卡马克上低 果使得等离子体中的电子偏离麦克斯韦分布[1, 2] 。 杂波功率、等离子体密度和逃逸电子之间的关系。 电子速度分布的高能尾部会形成一个速度平台，这 2 实验装置与诊断介绍 个速度平台内电子的速度如果超过电子逃逸的阈 HT-7 装置是中型超导托卡马克，它的主要目的 值速度就会成为逃逸电子。因此，在低杂波电流驱 是开展高参数稳态运行等离子体物理