近期, 中國科學院合肥物質科學研究院電漿體物理研究所低雜波課題組研究人員在提高高密度低雜波電流驅動能力研究方面取得新進展, 相關研究成果由研究員丁伯江和博士李妙輝等發表在聚變領域期刊Nuclear Fusion上[Nucl. Fusion 58 (2018) 095003; Nucl. Fusion 58 (2018) 126015].
高密度下低雜波電流驅動效率反常下降是低雜波電流驅動研究領域所面臨的一項挑戰, 也是限制其在ITER和未來反應堆上應用的一個關鍵因素. 為探索低雜波在未來聚變堆的應用, 近年來, 課題組研究人員利用EAST上兩套不同頻率的高功率低雜波系統開展了相關研究. 結果表明[Nucl. Fusion 58 (2018) 095003]: 邊緣電漿體參數和低雜波頻率是影響低雜波電流驅動的重要因素, 通過提高波源頻率, 降低邊界返流和提高邊界電子溫度, 減弱低雜波參量衰變行為和降低波功率在邊緣的碰撞吸收, 從而提高高密度下低雜波電流驅動能力. 進一步研究表明[Nucl. Fusion 58 (2018) 126015]: 不同頻率低雜波電流驅動能力的差異隨電漿體密度的增加而增加 (表1) , 與參量衰變行為的差異隨電漿體密度的變化相一致 (圖1) , 進一步證明了參量衰變對低雜波電流驅動的影響; 在實驗上首次觀察到電漿體邊緣電流分布和低雜波參量衰變之間的相關性 (圖1, 2) (參量衰變強, 邊緣驅動電流份額大: 參量衰變過程產生的子波具有較高平行折射率 (N//) , 沉積在相對靠外的區域, 導致邊緣電流相對較高) , 為低雜波改善邊緣電流分布和提高電漿體約束提供了一種可能的新方法; 非線性類比結果 (圖3) 表明隨密度的增加, 參量衰變驅動的模式增長率增大, 但4.6 GHz的增長率明顯小於2.45 GHz, 定性地解釋了實驗結果.
以上工作獲得電漿體所各系統的鼎力相助, 同時也得益於國際同行的合作, 特別是意大利ENEA, 法國CEA和美國MIT合作者的共同研究, 並得到了國家重點研發項目, 國家磁約束核聚變能發展研究專項, 國家自然科學基金, 中科院合肥大科學中心 '高端用戶培育基金' 及王寬誠教育基金等的資助.
表1, 不同密度條件下兩種頻率對應的環電壓和快電子輻射的差異
圖1, 不同密度條件下兩種頻率低雜波參量衰變測量
圖2, 波源頻率 (a) 和電漿體密度 (b) 對邊界電流分布的影響
圖3, 不同邊界密度下模式增長率頻譜計算結果
