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托卡马克中高约束模式等离子体经常伴随着周期性爆发的边界局域模现象,带来的瞬态热负荷会对真空室第一壁等结构带来损伤,有效控制边界局域模爆发是下一代磁约束聚变装置面临的重大挑战,理解托卡马克台基等离子体稳定性对有效控制边界局域模有重要意义。EAST托卡马克装置上各种分布测量诊断的发展,为等离子体动理学平衡计算以及后续的台基稳定性分析提供了基础条件。本文主要内容包括EAST托卡马克装置上锂束束发射光谱诊断的介绍以及对边界电子密度分布的测量,利用可见光相机对等离子体最外闭合磁面位置的观测方法,对EAST托卡马克上长脉冲高约束放电条件下的等离子体进行动理学平衡计算并利用ELITE程序分析台基理想线性剥离-气球模稳定性,最后建立物理模型揭示了 E×B流剪切驱动台基低环向模数扭曲/剥离模线性不稳定的物理机制。本文主要研究内容及相应结果概括如下:参与了 EAST托卡马克装置上锂束束发射光谱(Li-BES)诊断系统的建设,目前该诊断系统中APD相机为32×4(径向×极向)道,径向可观测范围约30cm,每一道的径向空间分辨率接近1cm,APD相机的最高采样率可达2MHz。基于碰撞辐射模型,编写了边界电子密度分布计算程序,并与EAST托卡马克装置上其它诊断系统给出的电子密度分布进行比较,结果基本一致,说明Li-BES诊断信号测量及密度计算是可信的。利用Li-BES诊断对刮削层中电子密度行为进行了观测,并利用高频斩波系统,实现了高时间分辨率的边界电子密度分布测量,并借此对边界等离子体中快时间尺度物理过程的电子密度分布演化进行了观测。比如在L-H转换过程中,通过高时间分辨率的电子密度分布测量,观测了电子密度台基建立的过程;在边界局域模爆发过程中,观测了电子密度台基的崩塌过程,并对比了 grassy ELM和type-Ⅰ ELM爆发过程,其中在grassy ELM爆发过程中,电子密度台基崩塌范围局域在台基区域,在type-Ⅰ ELM爆发过程中,电子密度台基崩塌并形成front结构一直向等离子体内部传播,其径向影响范围可达到台基顶部以内的芯部区域。在EAST装置上发展了一种新的利用可见光相机观测等离子体最外闭合磁面位置的方法。借助于EAST装置上的两个可见光相机,以及相机视野中低杂波天线端口和离子回旋天线端口比较规则的表面结构,对真空室中几个特殊点的空间位置做标定,利用几何位置关系可得到最外闭合磁面上几个特殊点的空间位置,其中通过绿色可见光波段的LiII谱线的相对光强分布来判断最外闭合磁面的位置范围。利用这一方法可得到等离子体放电中,最外闭合磁面上三个特殊点的大半径坐标,并与磁EFIT计算结果比较发现,在L模放电和H模放电中,两种方法得到的结果是一致的。利用这一方法在加有RMP线圈电流的等离子体放电中,可明显观测到最外闭合磁面上特殊点的径向移动。借助各种等离子体参数分布测量诊断系统,对EAST托卡马克上长脉冲高约束放电条件下的等离子体进行动理学平衡计算并利用ELITE程序分析台基理想线性剥离-气球模稳定性。分析了 2016年下半年EAST托卡马克上长脉冲高约束放电过程中的台基稳定性,结果显示,长脉冲高约束等离子体放电中,最不稳定理想线性剥离-气球模的环向模数n=10-15,且模结构局域在台基陡峭压力梯度区域,与实验观测边界局域模的径向影响区域一致。与更高等离子体电流(600kA)条件下,伴随第一类边界局域模的台基相比,长脉冲高约束放电(450kA)条件下的台基理想线性剥离-气球模愈加稳定,在保持台基碰撞率不变的情况下扫描台基压力梯度,得到长脉冲高约束模式等离子体放电的临界压力梯度峰值约为前者的65%。与其它托卡马克比较,EAST托卡马克具有两个重要特征,包括更宽的台基结构和更大的纵横比,被认为有助于在长脉冲高约束放电条件下获得幅度较小的边界局域模。分析了等离子体参数分布测量的误差对线性稳定性计算结果的影响,包括边界电子密度分布径向位置误差,最外闭合磁面径向位置误差和线平均有效电荷数误差。此外,对EAST托卡马克装置上grassy ELM的稳定性也做了分析,结果显示这种grassy ELM接近扭曲/剥离不稳定性边界且十分临界,不同于其它托卡马克装置上观测到的接近高环向模数气球模不稳定性边界的grassy ELM,此外BOUT++程序非线性分析表明grassy ELM爆发过程中台基崩塌大小与type-Ⅰ ELM的区别在于在边界压力分布崩塌后,边界电流能否继续驱动低环向模数剥离-气球模不稳定性。建立物理模型揭示了 E×B流剪切驱动台基低环向模数扭曲模线性不稳定的物理机制,分析结果显示,与Kelvin-Helmholtz驱动不同,E×B流剪切能够通过改变广义涡量模结构,引起静电势模结构在径向上展宽,使有理磁面附近磁力线朝远离有理磁面方向进一步弯曲并使惯性致稳项减小,驱动低环向模数扭曲/剥离模线性不稳定性。利用这一模型并结合典型QH模实验数据,进一步揭示了在QH模放电中E×B流剪切对边界谐频振荡和宽谱电磁湍流的驱动机制。随着E×B流剪切率的增加,扭曲/剥离模的线性增长率增加,宽谱模转换为低环向模数主导的窄谱模且与E×B流剪切的方向无关,与实验现象相符。