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HT-7 上二维电子回旋辐射成象诊断. 徐小圆 [email protected] 2007.9.27. 概要. 锯齿研究背景介绍 HT-7 上 2D ECEI 实验结果 锯齿破裂成像 涨落研究. m=1 锯齿重联理论模型. Kadomtsev(’76)2D 全重联模型 预言破裂后芯部 q0>1 q0 维持在 ~0.7(TEXTOR & TFTR) q0 在 0.7 ~1.0 之间 (DIIID) 预言的重联时间明显比实验结果慢 修正的 Kadomtsev 2D 模型 锯齿由两个阶段构成 : kink 模引起弱重联 强重联 : 机制不清 - PowerPoint PPT Presentation
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m=1锯齿重联理论模型 Kadomtsev(’76)2D 全重联模型
预言破裂后芯部 q0>1 q0 维持在 ~0.7(TEXTOR & TFTR
) q0 在 0.7 ~1.0 之间 (DIIID)
预言的重联时间明显比实验结果慢 修正的 Kadomtsev 2D 模型
锯齿由两个阶段构成 : kink 模引起弱重联 强重联 : 机制不清
Wesson 准交换模型 冷泡进入热芯中 , 发生对流
3D 局域重联模型 重联只在低场侧某个局域的环向位
置发生 , 因此重联发生不至于引起q0>1: M.Yamada(’94),Y.Nagayama(’96)
m=1锯齿实验研究 软 X 射线阵列成像部分支持各
种模型特征 准交换模 :R.Granetz(’88) 全重联模型 :C.Janicki(’89) 高场侧和低场侧不对称性支持
3-D 局域重联 : S.Yamaguchi(’04)
1-D ECE 系统重构 2-D 成像 支持全重联模型热芯为圆形的
特征 气球不对称性可以用 3-D 局域
重联模型解释 : Y.nagayama(’96)
TEXTOR 上 2D-ECEI 成像 全重联模型所预言的重联过程
确实发生 , 但对热流的估计表明重联最多只可能在大约 1/4环向发生
与气球模模型模拟结果比较表明 , 在低场侧实验与模拟结果相似 , 但在高场侧模拟结果认为不会出现破裂
HT-7 上 2D ECEI
相比于一维 ECE 旋转成像和软 X 线反演成像的结果,二维 ECEI 系统优点在于不需要作刚体旋转假设,直接实现对托卡马克小截面特定区域的电子温度相对涨落成像
需要灵敏的宽带毫米波天线 , 宽带中频系统
ECEI系统特征 水平方向 8 道 ~4cm, 尺
寸受中频系统带宽限制 垂直方向 16 道 ~20cm,
尺寸受窗口尺寸限制 垂直方向取样体积体积
~1cm, 水平方向取样体积 ~1cm
采样率 ~1MHz 实时研究 >1% 涨落 , 长
时间积分研究 >0.1% 涨落
相关等离子参数总体参数 Ip=170kA,Bt=1.9T, 边界 q~3等离子体参数 :
q=1 面半径 :~7cmAlfven 传播时间和阻抗扩散时间
Kadomtsev 重联时间 :
~ 0.6 , ~ 0.2A Rs s
7 7~ 3 10 / , ~ 10 / ,A theV cm s V cm s
1~ ~1702k A R s
~ 5.6pi
ccm
13 31.6 ~ 4.5 10 , (0) ~ 800 , ~ 0.3e pn cm Te eV
电子温度剖面 ECEI 系统与 HT-7
上 16 道水平方向 ECER 诊断系统的纵场定标剖面相吻合
垂直移动 ECEI 诊断仪器定标,获得较理想的二维温度剖面
-15 -10 -5 0
0.2
0.25
0.3
0.35
0.4
0.45
0.5
r (cm)
Te (a
.u.)
eceecei
r (cm)
Z (c
m)
-20 -15 -10 -5 0 5-10
-8
-6
-4
-2
0
2
4
6
8
10
0.4
0.45
0.5
0.55
0.6
0.65
0.7
锯齿破裂过程成像 放电条件 : Ip=145kA, ne=2.4; 两条黑线标明了 q=1面的位置范围
高场侧锯齿破裂过程 : m=1的磁岛旋转,热芯和冷磁岛交替出现 一个小的冷泡越过 q=1面内进入热芯 ,并逐渐膨胀 ,热芯则演化为弯月型
与Wesson准交换模模型类似 ,但m=1的磁岛旋转与模型不吻合
0 50 100 150 200 250-0.2
0
0.2
t (s) T
e/T
e
1 2 3 4 5 6 7 8
1
-6 -4-10
-5
0
5
102
-6 -4-10
-5
0
5
103
-6 -4-10
-5
0
5
104
-6 -4-10
-5
0
5
10
5
-6 -4-10
-5
0
5
106
-6 -4-10
-5
0
5
107
-6 -4-10
-5
0
5
108
-6 -4-10
-5
0
5
10
-0.2
-0.1
0
0.1
低场侧 Te涨落 Ip=170kA,ne=4.5;
位置 :(14.1cm,8.7cm)
低频MHD和高频涨落都在电子逆磁漂移方向传播 0 50 100 150 200 250
0
0.05
0.1
0.15
0.2
0.25
0.3
0.35
0.4
0.45
0.5
Frequency (kHz)
Coh
eren
ce
0 50 100 150 200 250
-0.8
-0.6
-0.4
-0.2
0
0.2
0.4
0.6
0.8
/2 (kHz)
Cro
ss P
hase
(rad
/pi)
高场侧 Te涨落 Ip=160kA,ne=4.5;
位置 : (-15cm,8.7cm)
低频MHD沿着电子逆磁漂移方向传播 ,但高频涨落在离子逆磁漂移方向传播
0 50 100 150 200 2500
0.05
0.1
0.15
0.2
0.25
0.3
0.35
0.4
0.45
0.5
Frequency (kHz)
Coh
eren
ce
0 50 100 150 200 250
-1
-0.8
-0.6
-0.4
-0.2
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
/2 (kHz)
Cro
ss P
hase
(rad
/pi)
高密度下的低场侧 Te涨落 ne<3.8时 ,涨落始终处于很低水平 ,不超过 1%
ne=4.5时 ,在低场侧出现很强的涨落 ,这可能与负电子温度梯度有关
涨落在电子逆磁方向传播 ,仅芯部有个别点在离子逆磁方向传播
总结 2D ECEI 达到了直接对温度的成像结果
锯齿破裂成像表明类似于准交换模型 , 但磁岛旋转与该模型不吻合
约束区温度涨落研究 得到波数的二维分布 低场侧的涨落相对较小不超过 1%, 仅在高密度时出
现很强的涨落 高场侧在上半和下半部都存在较强的涨落 , 且在离
子逆磁漂移方向传播