EAST上基于端口密度测量的低杂波耦合研究.PDF

第33卷 第 3期 核 聚 变 与 等 离 子 体 物 理 V_01．33．No．3 2013年 9月 NuclearFusionandPlasmaPhysics Sep．2013 文章编号：0254—6086(2013)03—0251—06 EAST上基于端 口密度测量的低杂波耦合研究 张 磊，丁伯江，吴则革，马文东，刘 亮，朱文华，刘甫坤，单家方 (中国科学院等离子体物理研究所，合肥 230031) 摘 要：介绍了一套安装在EAST装置低杂波天线端口上方，用来测量端121附近电子密度的Langmuir三探针 系统及其初步实验结果。此探针系统由探针、测量电路、数据采集以及数据处理四部分构成。实验结果表明：在低 杂波天线端口充气的条件下，低杂波注入后端口密度会有明显的增加。端口密度与反射系数的关系与理论趋势一致， EAST上低杂波耦合的最佳密度出现在4~5x10m-。 关键词：低杂波；探针 ；端口密度；EAST装置 中图分类号：0532+．23；TL65十6 文献标志码：A 1 引言 合，电流驱动效率等基本且关键的物理问题至关重 低杂波电流驱动被认为是托卡马克上最有效 要 。 的非感应电流驱动方式，同时也被用来作为电流剖 当前国际上已经有一些装置如 AlcaterC．Mod 面控制的重要手段…。在EAST的实验中，常在放 和ToreSupra，在低杂波天线端El安装了Langmuir 电的启动阶段就投入低杂波用来辅助电流爬升。低 探针 ，并利用探针监测端 口密度的变化。Alcater 杂波在远距离条件下的耦合是低杂波在反应堆上 C—Mod上六个单探针被安装在低杂波天线的两排 应用需要解决的重要问题之一。理论和实验都表明 波导间的栅格(gril1)@lh-][8】，实验结果表明低杂波的 低杂波端口的电子密度是影响低杂波耦合效率的 耦合确实存在—个最佳优化的密度，且与低杂波相 重要因素[2’。低杂波的耦合存在一个截止密度， 位有关。在 ToreSupra上，四个固定的Langmuir 当端口密度小于此值时反射系数会急剧升高。理论 探针用来监测 PAM 天线的端 口密度。端 口密度从 表明存在—个最佳耦合密度，当端口密度在此值附 0．5x107m 变化到 8×l07m 。探针的测量结果表 近时，波的反射系数最小4【】。通常认为在天线端口 明，对于 PAM 结构的天线，即使端 口密度非常接 密度在 2~10倍的截止密度范围内，低杂波的耦合 近截止密度，低杂波功率的反射系数仍然保持很低 较好。高密度条件下的低杂波电流驱动效率比理论 (2％)[9】。 值要低一个量级以上，一般认为是高密度条件下波 低杂波天线端 口的密度及其变化对于波的耦 与边缘等离子体的相互作用增强，如刮削层(SOL) 合和电流驱动都很重要，但之前EAST上没有测量 中的碰撞作用5[】，参量衰变不稳定性 6【】，密度涨落 天线端口密度的诊断，无法为低杂波与等离子体的 对波的散射作用[17]等等。无论是何种机制导致了电 相互作用提供直接的实验证据。在2012年的EAST 流驱动效率的下降，都表现出与端 口密度变化相 春季实验中在低杂波天线端 口上方安装了一个三 关。因此对天线端 口密度的测量对于研究低杂波耦 探针，用以监测端 口密度。 本文主要介绍低杂波探针系统，并对初步的实 收稿 日期：2012—1115；修订 日期：2013—0l一31 基金项目：国家磁约束核聚变能研究专项