托卡马克边缘等离子体中低频带状流的实验研究

论文摘要

理论预言托卡马克中的带状流在调制湍流和降低湍流引起的输运方面可以起到重要的作用,换言之,带状流和湍流的相互作用在决定湍流的饱和以及输运水平上至关重要。环形等离子体中的带状流存在两个分支:低频带状流和测地声模。本论文以低频带状流的实验研究为主。在HL-2A托卡马克边界,使用四组朗缪尔探针阵列,我们观测到了低频带状流和测地声模共存的现象。低频带状流在悬浮电位的功率谱上表现为峰值接近零频,频谱展宽约3kHz的相干模结构。除了确定其极向和环向的对称性,我们同时也测量了径向结构和相关长度。平均径向波数的范围为kr = 0.15～0.5cm?1,波数展宽（半高全宽）为?kr = 3～4 cm?1。低频带状流的径向波数谱上存在两个几乎对称的正负峰,表明其波包沿径向的传播既向内又向外。这是实验上首次对边界等离子体中的低频带状流完整的三维谱结构的测量。包络和双谱分析都表明低频带状流与湍流的相互作用与测地声模是类似的,暗示它们有着相同的产生机制。一点不同是包含低频带状流的三波组合的强度小于包含测地声模的三波组合。另一点不同是低频带状流与背景湍流的包络的相关系数小于测地声模。这两点都可以用边界区低频带状流的幅度较小来解释。我们还首次运用三谱分析处理了悬浮电位的涨落信号。结果同样表明测地声模的三谱系数要高于低频带状流。另一个结果是所有四波相互作用强度的平均远小于三波作用,说明仍然是三波耦合主导着非线性相互作用。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 带状流研究现状
• 1.1 带状流是什么
• 1.2 磁约束聚变简介
• 1.3 等离子体中的带状流
• 1.3.1 H 模中的剪切流
• 1.3.2 剪切流的产生机制
• 1.3.3 带状流概念的首次提出
• 1.4 带状流理论和模拟
• 1.4.1 漂移波带状流系统
• 1.4.2 带状流的增长和阻尼
• 1.4.3 带状流的特征
• 1.4.4 带状流和湍流的相互作用
• 1.5 带状流的实验
• 第二章 数据分析方法
• 2.1 Langmuir 探针诊断原理
• 2.1.1 探针特性曲线
• 2.1.2 三探针
• 2.1.3 探针在托卡马克边界的应用
• 2.2 湍流数据分析方法
• 2.2.1 相关分析和谱分析
• 2.2.2 波数频率谱的两点分析法
• 2.2.3 双谱分析
• 2.2.4 三谱分析
• 第三章 实验装置及安排
• 3.1 实验装置介绍
• 3.1.1 HL-2A 托卡马克探针系统
• 3.1.2 HL-2A 边界等离子体
• 3.2 实验探针安排
• 第四章 低频带状流的实验结果
• 4.1 LFZF 的功率谱
• 4.2 LFZF 的三维特征
• 4.2.1 极向和环向模数
• 4.2.2 径向模结构
• 4.3 LFZF 与背景湍流的相互作用
• 4.3.1 双谱分析
• 4.3.2 包络分析
• 4.3.3 三谱
• 第五章 总结和展望
• 5.1 总结
• 5.2 展望
• 参考文献
• 发表的学术论文
• 致谢