托卡馬克邊緣等離子體中測(cè)地聲模帶狀流的實(shí)驗(yàn)研究.pdf

1、本論文主要研究了托卡馬克等離子體漲落流中一種非常重要的靜電漲落結(jié)構(gòu)：帶狀流(zonal flows)。托卡馬克等離子體中的帶狀流是極向上環(huán)向上對(duì)稱的靜電漲落，并且它在徑向上有傳播。理論研究表明帶狀流在調(diào)節(jié)背景湍流幅度、改善輸運(yùn)以及觸發(fā)低約束模到高約束模轉(zhuǎn)換(L-H轉(zhuǎn)換)方面都有著重要的作用。它共有兩個(gè)分支：低頻帶狀流(Low Frequency Zonal Flow，LFZF)和有限頻率的測(cè)地聲模(Geodesic Acoustic M

2、ode，GAM)，本論文的重點(diǎn)是測(cè)地聲模的實(shí)驗(yàn)測(cè)量，研究它的模特征、同背景湍流之間相互作用以及和輸運(yùn)的關(guān)系。 本論文中測(cè)量測(cè)地聲模的實(shí)驗(yàn)是在中國(guó)環(huán)流器2號(hào)A(Huanliuqi-2A，HL-2A成都)托卡馬克上完成的。在國(guó)際上首次使用了特殊構(gòu)造的三臺(tái)階靜電Langmuir探針陣列，在托卡馬克的極向、環(huán)向和徑向三個(gè)方向上同時(shí)對(duì)測(cè)地聲模的三維譜特征進(jìn)行了測(cè)量，第一次同時(shí)給出了測(cè)地聲模的三維譜特征。使用兩點(diǎn)法計(jì)算了測(cè)地聲模的三維譜功率

3、譜密度S(k<,θ>，k<,φ>，k<,r>，f<,GAM>)，結(jié)果表明測(cè)地聲模在極向和環(huán)向?qū)ΨQ，m=n=0；在徑向上測(cè)地聲模向外傳播，徑向波數(shù)為k<,r>=+1.8cm<'-1>，寬度為△k<,r>=1.5cm<'-1>，用離子回旋半徑ρ<,i>歸一化后得到k<,r>ρ<,i>=0.05，△k<,r>ρ<,i>=0.04；測(cè)地聲模的徑向波數(shù)譜S(k<,r>，f<,GAM>)表明測(cè)地聲模徑向上向外傳播，主要是行波成分，駐波分量非常少，它

4、的群速度等于相速度，都是向外傳播。 本論文通過對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)詳細(xì)地雙譜分析和包絡(luò)分析，首次澄清了在實(shí)驗(yàn)中觀察到的測(cè)地聲模同背景湍流兩種相互作用：第一種相互作用對(duì)應(yīng)于測(cè)地聲模從背景湍流產(chǎn)生的能量守恒過程，表現(xiàn)為測(cè)地聲模對(duì)高頻背景湍流的直接幅度調(diào)制，是測(cè)地聲模的產(chǎn)生過程；第二種相互作用反映測(cè)地聲模對(duì)背景湍流的剪切效應(yīng)，在這個(gè)過程中背景湍流通過測(cè)地聲模把能量從低頻向高頻級(jí)聯(lián)，是在測(cè)地聲模產(chǎn)生之后和背景湍流的相互作用。本論文還研究了測(cè)地聲模

5、同高頻湍流之間非線性耦合的共振現(xiàn)象。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明測(cè)地聲模的相速度接近高頻背景湍流的群速度，在兩種速度最接近的時(shí)候共振現(xiàn)象最明顯。本論文得出結(jié)論，測(cè)地聲模由背景湍流通過非線性三波相互作用產(chǎn)生，并且反作用于背景湍流。 本論文首次研究了測(cè)地聲模對(duì)徑向粒子輸運(yùn)的影響。分析結(jié)果表明測(cè)地聲模的極向?qū)ΨQ性能夠抑制徑向輸運(yùn)，并且測(cè)地聲模密度漲落的極向不對(duì)稱性引起輸運(yùn)通量在極向上的不對(duì)稱。 此外本論文還對(duì)測(cè)地聲模進(jìn)行了非線性動(dòng)力學(xué)的相關(guān)分