EAST放电中低杂波与电子回旋波协同产生高约束H模的机理研究获进展

近日，中国科学院合肥物质科学研究院等离子体物理研究所研究员徐国盛团队通过研究EAST典型的长脉冲放电等离子体，在ECRH关闭之后能量约束伴随内感缓慢大幅度降低的现象，揭示了低杂波和电子回旋波协同带来高约束的机制。并对电子热输运及其分布刚性进行了研究，加深了对EAST长脉冲放电中的能量约束特性的物理理解。这些新结果得到了国际同行的积极评价。该成果已发表在国际学术期刊Nuclear Fusion [H. F. Du, et al. Nucl. Fusion 58 (2018) 066011]上。

要获得高约束的等离子体需要降低的热扩散和增强的等离子体辅助加热。在该文研究的EAST放电中，芯部的电子回旋波预加热改变了电子温度分布，由于低杂波功率沉积通过朗道阻尼条件依赖于电子温度分布，从而使得低杂波的沉积也在芯部峰化。EAST等离子体在低杂波芯部加热（即芯部电子加热）占主导的情况下，功率平衡计算显示电子热扩散在芯部比较低，因此芯部约束较好。此外，芯部峰化的低杂波沉积也使得低杂波驱动的电流在芯部峰化，这里低杂波驱动电流是主要的电流成分，因此使得等离子体内感较高。较高的内感可以改善等离子体约束并增加归一化比压极限。

以上研究成果是等离子体所相关科研人员通力合作的结果，相关研究得到了国家磁约束核聚变能发展研究专项、国家自然科学基金、中科院青年创新促进会、中科院前沿科学重点研究项目以及中科院王宽诚率先人才计划“卢嘉锡国际团队”项目资助。本文进行的计算工作是在等离子体所的SHENMA高性能计算集群上进行的。

　　左图是ECRH关闭（3.91s）之后低杂波功率沉积从芯部向外围移动，右图是在ECRH关闭之后有效电子热扩散系数稍稍降低，但其径向分布的趋势没有发生变化。以上现象解释了能量约束的大幅度降低。

　　ECRH关闭之后基于低杂波沉积对电子温度分布和磁剪切的参数依赖的反馈机制，该机制解释了能量约束的缓慢降低。