托卡马克等离子体中逃逸电子动理学的实验研究

1、周瑞杰导师：胡立群（研究员）托卡马克等离子体中逃逸电子托卡马克等离子体中逃逸电子动理学的实验研究动理学的实验研究 报告内容 1. 基本理论； 2. 研究意义； 3. 选题内容； 4. 现有诊断系统； 5. 已做工作。基本理论l 等离子体中的电子会受到电场力的加速作用，同时也受到因与其它电子和离子碰撞而产生的阻尼力。 当 时，电子被持续加速而转化为逃逸电子。(初级产生机制)l 已经存在的逃逸电子通过次级雪崩过程产生更多的逃逸电子。（初级产生机制）l 电子逃逸是托卡马克等离子体中一种普遍的现象。等离子体破裂或者低密度放电通常都会带来高通量的逃逸电子。eFeEeFdF42201ln(1)4effed

2、eZe nFm v报告内容 1. 基本理论； 2. 研究意义； 3. 选题内容； 4. 现有诊断系统； 5. 已做工作。研究意义 1. 逃逸电子可以看成是无碰撞的，它可以作为探针来研究托卡马克中的非碰撞输运，例如利用逃逸电子的输运行为可以为研究等离子体的磁涨落提供依据。 2. 逃逸电子能携带一部分等离子体电流，它会影响到等离子体的行为。逃逸电子可以和波发生相互作用，并能激发一些等离子体不稳定性。 3. 流失出去的高能逃逸电子会局域地轰击装置的第一壁材料，损伤材料的性能和寿命，特别是在等离子体破裂时 。 我们有必要对逃逸电子的产生、加速和损失过程进行研究，并寻求诊断、利用及抑制逃逸电子的方法。报

3、告内容 1. 基本理论； 2. 研究意义； 3. 选题内容； 4. 现有诊断系统； 5. 已做工作。选题内容 1. 逃逸电子的产生机制、能量分布以及诊断逃逸电子的可行探测手段。 2. 逃逸电子的两种产生机制在不同放电条件和放电阶段的不同作用效果。 3低杂波电流驱动下剩余环电压对逃逸电子的作用效果。 4利用低杂波、磁场波纹共振或通过注入惰性气体等方法来寻求抑制逃逸电子可行手段。( )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.低杂波在0.44s注入；2.环电压由1.52V降到0.14V；3.FEB保持在一个较高的水平；4.HXR信号明显减弱；5.中子信号减弱。 FEBHXR(前向）HXR(背向）中子信号1.高能逃逸电子和低能逃逸电子都被抑制；2.低杂波对高能逃逸电子的抑制效果更显著。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报告内容 1. 基本理论； 2. 研究意义； 3. 选题内容； 4. 现有诊断系统； 5. 已做工作。诊断系统 1. 逃逸电子能谱诊断系统 测量逃逸电子损失到第一壁上发生的厚靶韧致辐射，能量范围几十keV到几十MeV，是硬X射线。 （30keV-15MeV） 2. 逃逸电子阵列诊断系统 测量逃逸电子在小截面的输运，分布，时间演化信息。（0.5-5Me

9、V） 3. 逃逸电子红外HgCdTe探测器诊断系统 测量芯部高能（大于20MeV）逃逸电子的同步辐射，能量在中红外范围。能谱诊断系统硬硬X射线能谱诊断系统示意图射线能谱诊断系统示意图硬X射线能谱诊断系统位置示意图 水平硬X射线阵列系统观测方向：垂直观测等离子体 下半空间使用探测器：NaI阵列道数：6道空间分辨：6-8cm红外探测器诊断系统报告内容 1. 基本理论； 2. 研究意义； 3. 选题内容； 4. 现有诊断系统； 5. 已做工作。已做工作 1. 熟悉HT-7和EAST装置，主要掌握整套逃逸电子诊断系统。 2. 查阅相关的专业文献。 3. 跟随师兄做HT-7实验题案。主要参考文献1. 陈

10、忠勇，HT-7低杂波电流驱动以及高能电子动力学的实验研究，博士论文，中科院等离子体物理研究所（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