【摘 要】
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实现400s长脉冲高约束模式(H模)运行是EAST托卡马克装置主线目标之一,而长脉冲H模运行后期再循环过高导致的密度不可控问题和长脉冲H模运行期间大幅度边界局域模爆发带来的瞬态热负荷问题亟需解决。目前EAST装置采用锂化壁处理有效地控制了再循环,实现了100s长脉冲H模运行,然而在更长时间尺度下所面临的挑战将会急剧增加,进一步细致的研究锂化壁处理对中平面再循环的影响将有益于EAST实现400s长脉
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实现400s长脉冲高约束模式(H模)运行是EAST托卡马克装置主线目标之一,而长脉冲H模运行后期再循环过高导致的密度不可控问题和长脉冲H模运行期间大幅度边界局域模爆发带来的瞬态热负荷问题亟需解决。目前EAST装置采用锂化壁处理有效地控制了再循环,实现了100s长脉冲H模运行,然而在更长时间尺度下所面临的挑战将会急剧增加,进一步细致的研究锂化壁处理对中平面再循环的影响将有益于EAST实现400s长脉冲运行。杂草型边界局域模(grassy ELM)作为一种高频小幅度ELM,其爆发带来的热负荷极小,为解决长脉冲H模运行期间大ELM爆发所带来的强热负荷问题提供了一种可行的途径。EAST装置借助于锂化壁处理在顺、反两种磁场方向下均实现grassy ELM运行,而反场下更低的刮削层(SOL)密度和更好的约束性能可能会对grassy ELM行为和参数运行区产生影响。因此进一步的研究不同磁场方向下的grassy ELM行为将对未来EAST实现400s长脉冲H模运行具有重要意义。本文基于外中平面切向Dα线辐射行为分析了锂化壁处理对EAST外中平面附近再循环的影响,研究表明,锂化壁处理的累积效应对最靠近等离子体壁区域(距离壁~1-1.5cm)的再循环影响最为明显。在距离第一壁较远处,锂化壁处理的累积效应较弱。此外还观察到在锂化壁处理的累积效应未饱和状态下,新鲜锂壁条件下的放电再循环水平更低。而在锂化壁处理的累积效应达到饱和状态后,新鲜或者不新鲜锂壁对于再循环的影响没有明显差别。本论文统计了EAST自2016年实现grassy ELM运行至2019年间自然的grassy ELM放电并建立数据库。在此数据库基础上,本论文首先比较分析了两种磁场方向下的grassy ELM频率,统计表明,相似的放电参数的两种磁场方向的grassy ELM频率并未展现出系统性的差别。但顺场下高频grassy ELM(fELM>1 k Hz)的出现依赖于高βp以及高三角度,而反场下高频grassy ELM似乎和密度更相关。然后比较分析了两种磁场方向下grassy ELM运行参数区间,研究发现,反场下grassy ELM的q95和内感li运行区间更宽,而βp、上三角度du以及等离子体nel密度运行区间和顺场没有差别。此外,统计过程中发现,反场下更易出现一种簇状grassy ELM。通过比较簇状与非簇状grassy ELM,发现反场下较大的分离面到第一壁距离(outer gap),大拉长比κ以及低电子加热功率有利于簇状grassy ELM的出现。进一步研究表明,低的电子温度可能是簇状grassy ELM出现的关键因素。总的来说,本文关于锂化壁处理的累积效应在饱和状态、未饱和状态下对再循环影响的研究和不同磁场方向下的grassy ELM行为、运行区间的比较分析将对未来EAST实现400s长脉冲具有借鉴意义。
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