離子回旋頻率波加熱下的EAST等離子體鋸齒行為研究

溫曉東 徐立清 胡立群 劉海慶 段艷敏 儲宇奇 鐘國強 張 偉 張新軍 麥晁瑋

1（中國科學院合肥物質科學研究院等離子體物理研究所 合肥 230031）

2（中國科學技術大學研究生院科學島分院 合肥 230026）

鋸齒振蕩是一種在托卡馬克等離子體芯部出現的宏觀不穩定性，可通過等離子體中的電子溫度、電子密度和其他等離子體參數觀測到，1974年首先在ST托卡馬克（Spherical Tokamak）中的軟X射線診斷信號中發現［1］。鋸齒模一方面有利于排除芯部的雜質，這種能力在未來的核聚變裝置如聚變堆中可以用于排除氦灰；另一方面，長周期鋸齒引起的磁島種子有可能激發新經典撕裂模（Neoclassical Tearing Mode，NTM）［2］，NTM不穩定性會限制等離子體的比壓β值，不利于托卡馬克等離子體高性能約束的實現，所以鋸齒控制是實現托卡馬克等離子體高性能約束的重要課題。目前，國際上托卡馬克裝置中用于控制鋸齒行為的方法主要使用電子回旋電流驅動（Electron Cyclotron Current Drive，ECCD）［3-4］、中子束注入（Neutron Beam Injector，NBI）［5-6］、離子回旋共振頻率波加熱（Ion Cyclotron Resonance Frequency，ICRF）［7-9］。然而，在未來大型托卡馬克聚變裝置中，NBI主要起到延長鋸齒周期的作用，對減少鋸齒周期的作用一般［10］。所以，未來的聚變堆中控制鋸齒行為主要使用ECCD和ICRF兩種手段。ICRF作為一種輔助ECCD的控制鋸齒的手段能直接改變擾動勢能［8-9］，利用ICRF的快離子機制可以更好地抵消掉未來氘-氚聚變反應中產生的α粒子對鋸齒的影響，同時減輕使用ECCD控制鋸齒的耗能負擔［11］。在EAST托卡馬克裝置上，使用ECCD［12］、低 雜 波（Low Hybrid Wave，LHW）［13］、NBI［14］控制鋸齒行為的實驗以及相關的分析已經比較成熟，但是關于ICRF控制鋸齒行為方面的實驗分析仍然相對缺乏?！?br>