J-TEXT托卡马克上的等离子体水平位移平衡与电子密度关系探究

【作者】 余文曌； 陈志鹏； 李复明； 朱立志； 王之江； 庄革；

【机构】 华中科技大学强电磁工程与新技术国家重点实验室；

【摘要】 稳定可靠的等离子体位移控制对于托卡马克装置进行物理实验至关重要。对于像J-TEXT托卡马克这一类具有较小拉长比的装置而言,等离子体的水平位移平衡问题相比其垂直位移平衡更为重要。托卡马克中的水平位移平衡力主要可分为四部分:等离子体的磁压力,磁张力、热压力以及外加垂直场产生的洛伦兹力。在装置放电运行时,为了保持等离子体的水平位移平衡,外加垂直场往往会根据需要进行调整,提供合适的洛伦兹力用于平衡。在实际进行放电实验的时候,往往会出现电子密度的变化的情况,此时会直接导致热压力的上升,因而需要改变外加垂直场的大小。为了进一步的探究和量化电子密度变化对外加垂直场的影响,本文选取了多种放电参数下平衡于真空室几何中心的炮号数据进行分析,并以中心道电子密度值表征电子密度的大小。考虑到J-TEXT装置中铁芯的影响,我们应用了Spool模型计算外加垂直场的大小。从实验数据中可以发现,外加垂直场的大小与等离子体电流大小Ip以及电子密度ne相关:外加垂直场Bv的大小与电子密度与等离子体电流的比值ne/Ip近似呈线性正相关关系,且该直线截距几乎仅与Ip相关,Grad-Sharfrnov方程在大环近似下的结果也同样佐证了该关系。该关系不仅有助于我们重新全面认识等离子体水平位移平衡问题,并且为电子密度变化下的等离子体水平位移控制提供切实可靠的理论基础和依据。更多还原