ECW和LHW协同驱动研究硕士论文.doc

四川大学 硕士学位论文 题 目 ECW和LHW协同驱动的研究 作 者 完成日期 2013年5月1日 培 养 单 位 四川大学 指 导 教 师 专 业 等离子体物理 研 究 方 向 波与等离子体相互作用 授予学位日期 年 月 日 ECW和LHW协同驱动的研究 等离子体物理专业 研究生 指导教师 摘要 在托卡马克中，无感电流驱动的电流大小及其剖面形状对维持装置的稳态运行具有重要的作用，低杂波电流驱动（LHCD）和电子回旋波电流驱动（ECCD）是两种重要的无感电流驱动手段。LHCD具有高的电流驱动效率，而ECCD驱动效率较低，但能驱动出高局域性的电流。结合LHCD和ECCD的驱动特点，在上世纪八十年代提出了将两种波注入到等离子体中的想法，随后在多个装置上开展了相关的实验，此即双波协同实验。在实验和理论中研究中都指出，双波在等离子体中协同驱动出的电流大于两种波单独在等离子体中驱动出的电流之和，这个效应称为协同效应，把两者的电流之差称为协同净增电流。本文研究了电子回旋波（ECW）的频率和平行折射率与协同净增电流的关系，以及在ECW和低杂波（LHW）协同作用下LHW的耦合。 协同净增电流的大小与ECW、LHW和等离子体参数等有关，本文着重于在其他参数不变的情况下分析ECW的频率和平行折射率与协同净增电流的关系。通过ECW和LHW的共振条件，给出了它们在速度空间的共振，并指出ECW的频率和平行折射率决定了ECW在速度空间的共振及位置，这也就决定了ECW和LHW在速度空间的匹配。所谓匹配，是指双波在速度空间有共同作用的区域或者说对象。根据协同效应的机制，协同电子是产生协同净增电流的必要条件，而协同电子是由双波在速度空间的匹配产生的。利用Fokker-Planck 代码计算了ECW的频率和平行折射率取不同值时的协同净增电流，证实了协同净增电流与双波在速度空间匹配的关系，结合ECW的频率和平行折射率是决定了ECW在速度空间的共振位置，给出了产生协同净增电流的ECW参数范围。 在HL-2A上开展的双波协同实验中发现LHW的耦合因ECW的注入得到改善。本文基于LHW的耦合理论，给出了LHW对等离子体的反射系数的表达式，分析了LHW的耦合特性，指出存在一个最佳的密度、密度梯度值使LHW的反射系数最小；研究了ECW注入等离子体后产生的径向输运（pump-out），提升了等离子体边缘的密度，增大了LHW天线口的密度，使其更接近LHW的最佳耦合密度值，降低了LHW的反射系数，改善了LHW的耦合。将理论分析得到的结果与实验结果进行对比，证实了理论分析的正确性。LHW耦合的改善增大了LHW的耦合功率，提高了其驱动的电流。由此，指出在实验中分析双波协同效应时，需要对协同净增电流进行修正，扣除掉因LHW耦合改善而提升的那部分电流。 关键词：电子回旋波，协同净增电流，低杂波耦合，捕获电子模 Research on the synergy of ECW and LHW Plasma Physics Master: Advisor: Prof. Abstract The magnitude of non-inductive current drive and its current profile are key factors for the stable operation of tokamaks. The two important methods of non-inductive current drive are lower hybrid current drive (LHCD) and electron cyclotron current drive (ECCD). The efficiency of LHCD is the highest and ECCD is much lower, but ECCD can drive highly localized current. Considering the driving characters of ECW and LHW, a proposal that the double waves are injected into plasma together is advanced then a series of the double waves experiments which is also call