Zonal Flow的基本特性及其与湍流相互作用的研究.PPTVIP

Zonal Flow的基本特性及其与湍流相互作用的研究 兰涛，俞昌旋 中国科大近代物理系 bluetao@mail.ustc.edu.cn Zonal Flow的发现 低频ZF模 模特征： 峰值在 峰值在 产生机制 与湍流反向级联有关的非线性过程（如调制不稳定性），通过雷诺胁强产生 阻尼机制： （多数模拟计算的离子离子碰撞系数为香蕉区） 离子-离子碰撞阻尼 强湍流的非线性阻尼效应 平衡流剪切 其它 Zonal Flow幅度取决于湍流的线性增长率、非线性阻尼率和Zonal Flow阻尼率间的竞争 GAM模 Mckee小组(DIII-D) 实验参数I p=1.2 MA, BT=–2.0 T, ne0≈3.33×1019m –3, Te0 ≈ 2.7 keV, Ti0 ≈ 3.5 keV Xu小组(HT-7) 从实验结果比较得到的启示 Zonal Flow的普适性还有待于进一步的实验验证：ZonalFlow的存在条件是什么？驱动机制是什么？其饱和幅度由什么决定的？ Zonal Flow的基本特性研究，在以往的实验中并没有完全搞清楚，比如Zonal Flow的谱特征、增长和阻尼特性。 诊断手段 继续采用去年采用的三探针阵列，极向上和径向上都有分离的Reynold Stress探针 此外还在启动探针上放置三探针，测量等离子体的密度、温度和等离子体电位 实验参数要求 欧姆放电情况下 IP=100kA，BT=1.8T条件下，进行密度扫描 1.0, 1.5, 2.0, 2.5 IP=150kA，BT=1.8T条件下，进行密度扫描 1.0, 1.5, 2.0, 2.5 IBW波加热(或低杂波加热) IP=100kA，BT=1.8T，密度扫描1.0, 1.5,2.0，加热功率待定（与控制人员协商）。 所有放电均尽量要求平稳。 * Hasegawa等人在1979年研究漂移波非线性演化方程时发现，漂移波湍流反向级联的结果会产生Zonal Flows，它对湍流驱动的粒子输运有潜在的影响 最近的3D迴旋动力学和迴旋流体模拟都表明，Zonal Flows 在调节静电湍流中扮演重要角色。 理论和模拟均预言 Zonal Flows存在两种模： 低频模和GAM模 模特征： 是一种准相干模,模频率为 其它特征与低频模相同 产生机制： 1.由于磁面上磁场不均匀性，使得ErxBT旋转与(m,n)=(1,0)的压强扰动耦合，产生静电恢复力导致振动（只能在ρ1区域内产生） 2.非线性过程，通过雷诺胁强产生 阻尼机制： 1.朗道阻尼 F L Hinton et. al.,PPCF 41, A653 2.碰撞阻尼 Novakovski et. al., POP 4, 4272 K. Hallatschek, PRL 6, 2001 极向速度vθ谱存在约15kHz的峰 vθ相移为零，表现出长波特性，低m结构(k θ ≈0)，给出|m|2 vθ谱的峰值随着温度改变而改变， 这个符合GAM模的预言: q95=5.0~5.5观察到GAM模 q95=3.9没观察到GAM模 观察到的GAM模的区域， q0.96 DIII-D上的实验用BES探针测量了0.85r1.0的边界区域，有以下结果: PRL 89, 265003 POP 10, 1712 PPCF 45, A477 BT=2.0 T, Ip=140 kA, ne=1.5×1019 m-3, Te0=0.8 keV 实验中在Δr=r-a=1.0cm 的位置，存在GAM模迹象，fGAM=20kHz 可能是雷诺胁强驱动产生的 边界等离子体参数 Te=38eV ne=1.3×1012cm-3 Xu小组(HT-7) R0=122 cm, a= 27cm, BT=1.8 T, Ip=100 kA, ne=1.5×1019 m-3,Te0=0.5 keV, ne-edge =1.5–4×1018 m-3, Te-edge = 40–120 eV 在边界Δr= - 0.21~0.0 观察到了低频的Zonal Flow，模频率10kHz krρi~0.1， kθρi~0 观察到的Zonal Flow由Reynold Stress驱动 我们小组(HT-7) BT=2.0 T, Ip=100 kA, ne=1.5×1019 m-3, Te0=0.5 keV, ne-edge =1.5–4×1018 m-3 观察了一种极向|m|3的模 这种模只在ρ0.96区域内出现 在ρ比较小的时候，我们观察到的是没有色散的波模，kθ≈0 在ρ比较大的时候，我们观察到的是有色散的drift wave 各实验小组参数对比 4.2(r=