【摘 要】
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今后托卡马克装置将选用中、高电荷量（Z）的材料作为面向等离子体的材料。而在托卡马克放电过程中,等离子体与壁的相互作用不可避免地会引入大量的中、高Z杂质。这类杂质具有较高的冷却率,如果聚集在等离子体芯部,就会带来严重的辐射功率损失,影响等离子体参数的时空分布,甚至恶化等离子体约束性能,限制等离子体的运行区间。因此,在EAST装置上,根据中、高Z杂质谱线强度和密度分布的时空演化行为来开展杂质输运过程和
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今后托卡马克装置将选用中、高电荷量（Z）的材料作为面向等离子体的材料。而在托卡马克放电过程中,等离子体与壁的相互作用不可避免地会引入大量的中、高Z杂质。这类杂质具有较高的冷却率,如果聚集在等离子体芯部,就会带来严重的辐射功率损失,影响等离子体参数的时空分布,甚至恶化等离子体约束性能,限制等离子体的运行区间。因此,在EAST装置上,根据中、高Z杂质谱线强度和密度分布的时空演化行为来开展杂质输运过程和机理的研究,从而探索等离子体中杂质含量的有效控制手段,对聚变装置获得高约束稳态长脉冲以及混合运行模式具有重要意义。本论文利用EAST装置极紫外（EUV）杂质光谱诊断系统,系统地识别了EAST等离子体中铁、铜和钼杂质离子发出的EUV波段的特征谱线,确定出用于杂质诊断的谱线,并且在识别谱线的基础上实验研究了三维共振磁扰动（RMP）对杂质行为的影响。主要部分安排如下:第一章,简要概述了托卡马克装置,EAST装置的特点,杂质以及三维场。第二章,主要介绍EAST装置上EUV杂质光谱诊断系统和共振磁扰动线圈系统。第三章,利用EAST装置上两类快速EUV光谱仪系统对较高（2.0-3.5 ke V）和较低（1.0-1.8 ke V）电子温度放电中,由单一瞬态杂质溅射产生的铁、铜和钼杂质离子发出的5-500（?）波段范围内的EUV光谱进行了系统性地识别。精确识别出Fe4+-Fe23+（Fe V-Fe XXIV）、Cu9+-Cu26+（Cu X-Cu XXVII）和Mo4+-Mo31+（Mo V-Mo XXXII）离子发出的153、107和102条谱线,并建立了相应的杂质谱线数据库,同时确定了51条用于杂质输运研究的谱线。另外,还观测到12条新的光谱线,包括1条铁线、3条铜线和8条钼线。第四章,主要分析了中性束主导加热的低q95的H模放电中,RMP的加入对杂质行为的影响。实验结果表明不同静态环向模数（n=1-4）的RMP加入后,芯部的中、高Z杂质谱线的辐射强度明显被抑制,而低Z杂质的辐射行为与环向模数相关,并且通过分析发现杂质辐射降低是由于芯部杂质含量降低。同时也发现RMP对于中、高Z杂质的抑制效果与RMP上下线圈的相位差和扰动电流相关。在静态n=2的RMP中,上下线圈为奇连接时比偶连接具有更明显的抑制效果,且所需的扰动电流更低（奇连接1.8 k A、偶连接3.1 k A）。另外,分析了在RMP加入过程中等离子体参数q95对杂质行为的影响。结果发现q95在3.2-4.3范围内连续变化的等离子体中,加入奇连接和扰动电流为2.8k A的RMP后,中、高Z杂质辐射快速下降并维持在较低的辐射水平,同时边缘局域模也被完全抑制。RMP对于杂质的抑制效果与RMP谱型以及等离子体对三维场的屏蔽效果都具有一定的依赖关系。最后是本文的总结、创新点和展望。
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