托卡馬克等離子體中逃逸電子動(dòng)理學(xué)的實(shí)驗(yàn)研究

1、周瑞杰導(dǎo)師：胡立群（研究員）托卡馬克等離子體中逃逸電子托卡馬克等離子體中逃逸電子動(dòng)理學(xué)的實(shí)驗(yàn)研究動(dòng)理學(xué)的實(shí)驗(yàn)研究 報(bào)告內(nèi)容 1. 基本理論； 2. 研究意義； 3. 選題內(nèi)容； 4. 現(xiàn)有診斷系統(tǒng)； 5. 已做工作。基本理論l 等離子體中的電子會(huì)受到電場(chǎng)力的加速作用，同時(shí)也受到因與其它電子和離子碰撞而產(chǎn)生的阻尼力。 當(dāng) 時(shí)，電子被持續(xù)加速而轉(zhuǎn)化為逃逸電子。(初級(jí)產(chǎn)生機(jī)制)l 已經(jīng)存在的逃逸電子通過(guò)次級(jí)雪崩過(guò)程產(chǎn)生更多的逃逸電子。（初級(jí)產(chǎn)生機(jī)制）l 電子逃逸是托卡馬克等離子體中一種普遍的現(xiàn)象。等離子體破裂或者低密度放電通常都會(huì)帶來(lái)高通量的逃逸電子。eFeEeFdF42201ln(1)4effed

2、eZe nFm v報(bào)告內(nèi)容 1. 基本理論； 2. 研究意義； 3. 選題內(nèi)容； 4. 現(xiàn)有診斷系統(tǒng)； 5. 已做工作。研究意義 1. 逃逸電子可以看成是無(wú)碰撞的，它可以作為探針來(lái)研究托卡馬克中的非碰撞輸運(yùn)，例如利用逃逸電子的輸運(yùn)行為可以為研究等離子體的磁漲落提供依據(jù)。 2. 逃逸電子能攜帶一部分等離子體電流，它會(huì)影響到等離子體的行為。逃逸電子可以和波發(fā)生相互作用，并能激發(fā)一些等離子體不穩(wěn)定性。 3. 流失出去的高能逃逸電子會(huì)局域地轟擊裝置的第一壁材料，損傷材料的性能和壽命，特別是在等離子體破裂時(shí) 。 我們有必要對(duì)逃逸電子的產(chǎn)生、加速和損失過(guò)程進(jìn)行研究，并尋求診斷、利用及抑制逃逸電子的方法。報(bào)

3、告內(nèi)容 1. 基本理論； 2. 研究意義； 3. 選題內(nèi)容； 4. 現(xiàn)有診斷系統(tǒng)； 5. 已做工作。選題內(nèi)容 1. 逃逸電子的產(chǎn)生機(jī)制、能量分布以及診斷逃逸電子的可行探測(cè)手段。 2. 逃逸電子的兩種產(chǎn)生機(jī)制在不同放電條件和放電階段的不同作用效果。 3低雜波電流驅(qū)動(dòng)下剩余環(huán)電壓對(duì)逃逸電子的作用效果。 4利用低雜波、磁場(chǎng)波紋共振或通過(guò)注入惰性氣體等方法來(lái)尋求抑制逃逸電子可行手段。( )Suppression of runaways 1. Electron cyclotron heating (ECRH) 2. Lower hybrid current drive (LHCD) 3. Massive

4、 gas injection (MGI) 4. Resonant magnetic perturbations (RMP)Lower hybrid current drive (LHCD)1.低雜波在0.44s注入；2.環(huán)電壓由1.52V降到0.14V；3.FEB保持在一個(gè)較高的水平；4.HXR信號(hào)明顯減弱；5.中子信號(hào)減弱。 FEBHXR(前向）HXR(背向）中子信號(hào)1.高能逃逸電子和低能逃逸電子都被抑制；2.低雜波對(duì)高能逃逸電子的抑制效果更顯著。Z.Y.Chen et al，Dynamics of runaway electrons in lower hybrid current driv

5、e plasmas in the HT-7 tokamak，（2006）Massive gas injection (MGI)Experiments in TEXTORInjection of atoms of argon(correspond to 50 times the electron content)215.3 10 Injection of atoms of argon(correspond to 200 times the plasma electron content)1. Argon injection can cause the generation of runaways

6、 carrying up.2. Disruptions caused by argon injection finally become runaway free for very large numbers of injected atoms (about 140 times the plasma electron content)3. Disruptions triggered by injections of deuterium, helium or of mixture of argon with deuterium are runaway free. S A Bozhenkov et

7、 al, Generation and suppression of runaway electrons in disruption mitigation experiments in TEXTOR, (2008)2120.9 10Resonant magnetic perturbations (RMP)1932.0 10enmTEXTOR Ohmic discharge: The perturbation field is produced by the coils of the dynamic ergodic divertor(DED)Lehnen M et al, Suppression

8、 of runaway electrons by resonant magnetic perturbations in TEXTOR disruptions, (2008)1933002.252.0 101.750.46pteIKABTnmRmam報(bào)告內(nèi)容 1. 基本理論； 2. 研究意義； 3. 選題內(nèi)容； 4. 現(xiàn)有診斷系統(tǒng)； 5. 已做工作。診斷系統(tǒng) 1. 逃逸電子能譜診斷系統(tǒng) 測(cè)量逃逸電子損失到第一壁上發(fā)生的厚靶韌致輻射，能量范圍幾十keV到幾十MeV，是硬X射線。 （30keV-15MeV） 2. 逃逸電子陣列診斷系統(tǒng) 測(cè)量逃逸電子在小截面的輸運(yùn)，分布，時(shí)間演化信息。（0.5-5Me

9、V） 3. 逃逸電子紅外HgCdTe探測(cè)器診斷系統(tǒng) 測(cè)量芯部高能（大于20MeV）逃逸電子的同步輻射，能量在中紅外范圍。能譜診斷系統(tǒng)硬硬X射線能譜診斷系統(tǒng)示意圖射線能譜診斷系統(tǒng)示意圖硬X射線能譜診斷系統(tǒng)位置示意圖 水平硬X射線陣列系統(tǒng)觀測(cè)方向：垂直觀測(cè)等離子體 下半空間使用探測(cè)器：NaI陣列道數(shù)：6道空間分辨：6-8cm紅外探測(cè)器診斷系統(tǒng)報(bào)告內(nèi)容 1. 基本理論； 2. 研究意義； 3. 選題內(nèi)容； 4. 現(xiàn)有診斷系統(tǒng)； 5. 已做工作。已做工作 1. 熟悉HT-7和EAST裝置，主要掌握整套逃逸電子診斷系統(tǒng)。 2. 查閱相關(guān)的專業(yè)文獻(xiàn)。 3. 跟隨師兄做HT-7實(shí)驗(yàn)題案。主要參考文獻(xiàn)1. 陳

10、忠勇，HT-7低雜波電流驅(qū)動(dòng)以及高能電子動(dòng)力學(xué)的實(shí)驗(yàn)研究，博士論文，中科院等離子體物理研究所（2006）2. R. Jaspers, Relativistic runaway electrons in tokamak plasmas, PhD thesis, Eindhoven University of Technology, Netherlands, (1995)3. Z.Y.Chen et al，Dynamics of runaway electrons in lower hybrid current drive plasmas in the HT-7 tokamak，Plasma Phys. Control. Fusion 48 1489994. S A Bozhenkov et al, Generation and suppression of runaway electrons in disruption mitigation experiments in TEXTOR, Plasma Phys. Control. Fus