第六章，粒子约束 粒子输运和控制 杂质输运和辐射 偏滤器 高能粒子物理

１，粒子输运

)/2( 2arnCnDnVnD v

TCV 装置上两种放电条件下密度轮廓和温度轮廓的比较

DIIID 上Ｌ模等效热输运和粒子输运系数

Ware pinch

))(( BvEemvdt

d

EBv )(

BvBv r )(

无碰撞时，粒子环向运动方程

对于香蕉粒子，平均后稳态时左方为０

B

Evr

典型值 Eφ=0.1V/m,Bθ=0.5T, 〈 vr 〉 =0.2m/s

实验研究方法 稳态分析 扰动技术　锯齿振荡　重复吹气，弹丸注入　激光吹气（杂质输运）

DIIID 热离子 H 模的粒子约束研究（稳态分析方法）

和边界区 Ti 相关和密度正相关

τ p>τ E

调制法测量粒子输运系数S

t

n

VnnD

))(()(~ rtSinrAn

Ar

r

CosXSinYD

2

)()(

Ar

r

CosXr

AYA

rSinXA

rYr

A

A

r

drrACosX0

r

drrASinY0

输运方程

引进扰动项

R<0.9a 源项 S 可略

其中

JT-60 上的粒子输运 (He)CXRS （电荷交换复合光谱）测量密度

hAHAHAH ZZZ )1()1(0

ASDEX 上用气体调制法测量粒子输运系数

不同测量道密度调制波形

不同电流 (q 值 ) 的实验结果

边界区粒子输运是湍流输运密度相对涨落约 30%

和漂移波不稳定性大致符合

一些主要实验结果（并不很普遍） D∝1/n V,D 朝边界增大 V,D 在密度极限增大 弹丸射入等离子体内

部能达到更高的密度极限

核心区粒子和热输运高度相关，接近离子输运

ELM 影响粒子输运 DIIID 上离子热扩散和粒子扩散系数比较

原子过程eVTeHeH e 20,22

eVTeHHeH e 20,22

eHeH 2

HHHH

hHeH

heHeeH

分解

分解电离

电子碰撞电离

电荷交换

辐射复合

三体碰撞复合

加料方法 吹气 弹丸注入 4km/s ，渗透 ITER

半径 20-30% 紧凑环注入

弹丸强场注入和弱场注入比较 (ASDEX-U)

紧凑环 (CT) 注入

加速装置 RACE

速度可达 1000km/s

密度可达 1022m-3

可入射到0

22

22

1

TBv

2, 杂质输运

Z

e

i

e

Z

rn

rn

rn

rn

)(

)(

)(

)(

)2(2 Z

ZZZ n

a

rS

dr

dnD

smDZ /)625.0( 2

25.0 S

杂质的向中心集中效应

杂质输运属于碰撞区，但

主要实验结果是反常的

不同杂质的辐射水平

杂质效应：增加辐射能量损失和降低核反应率

Tore Supra:反常杂质输运

实验结果和新经典及湍流输运比较

Ni 注入，不同电子密度Z扫描，约束时间

激光吹气，痕量注入

Alcator C-Mod上可视杂质输运

TEXTOR 上短脉冲充气研究杂质输运

D远远大于新经典值

D 朝边界区减少

D 在中心区减少

ASDEX 上的杂质输运利用锯齿振荡

He-Ar 符合新经典值

Kr,Xe 高于新经典值，高 Z向中心集中

HL-2A 激光吹气研究杂质 (Al) 输运

JET 上的杂质输运大于新经典值

Shot 55802

L 模放电 H 模放电

排灰问题crit

E

He

*

eff

HeHe R

1

*

L 模， supershot， ELM-H 模符合这一要求

３，偏滤器偏滤器的功能 消散主等

离子体逸出功率

保持充分气压以排出氦灰

减少杂质产生

屏蔽壁产生杂质

偏滤器的构造１，偏滤器盒：支撑

２，靶：离子中性化

３，反射板：反射中性粒子

４，罩：反射中性粒子

５，衬套：保护盒子

６，诊断设备

７，支撑件，密封件，冷却管

偏滤器的构造（续）

偏滤器的物理模型

偏滤器工作区域 鞘限制区 热导限制区 脱栏区

脱栏等离子体

DIIID 上氘气吹气造成的脱栏等离子体

４， α粒子物理

cos

22

0

3

0

R

q

R

r

土豆轨道

)1.14()5.3(4 MeVnMeVHeTD

α粒子的慢化和加热

不同装置上快离子参数

δ:轨道相对磁轴的位移

α粒子输运 中心区为新经典 ~

0.1m2/s 外部为环向场波纹损失

也形成自举电流

21MA点火等离子体电流密度轮廓

环向场波纹度粒子损失

波纹度分布和波纹井边界红外照相研究波纹度粒子损失

高能粒子引起的不稳定性 低频MHD 模　鱼骨振荡　和其它MHD 模的作用 Alfven频率模　 TAE

TFTR 上 TAE 的观测