托卡马克离子温度梯度湍流输运同位素定标修正中杂质的影响

• 作者: 徐红兵 沈勇 董家齐
• 来源期刊: 物理学报
• 关键词: 离子温度梯度模 杂质模 反常输运 同位素效应
• 年，卷（期）: 2018,（19）
• 所属期刊栏目: 气体、等离子体和放电物理
• 页码范围: 208-218
• 页数: 11页
• 语种: 中文
• DOI: 10.7498/aps.67.20180703

摘要

托卡马克实验发现,在不同参数条件下,等离子体能量约束经验定标律会有或大或小的修正.为解释这种修正现象发生的原因,应用回旋动理学方法,对含重(钨)杂质等离子体离子温度梯度(ITG)(包括杂质模)湍流输运的同位素效应进行了数值研究.结果表明钨杂质效应极大地修改了同位素定标律和有效电荷效应.随着杂质离子电荷数Z和电荷集中度fz的变化,同位素定标律在较大范围内变化.ITG模最大增长率定标大约为M-0.48→-0.12i,杂质模的定标为M-0.46→-0.3i,其中,Mi表示主离子质量数.在ITG模湍流中,有效电荷数越大,关于Mi的拟合指数偏离-0.5越远,表现为同位素质量依赖减弱.在两种模中,杂质电荷集中度越大,同位素质量依赖越弱.研究了杂质效应使定标关系发生偏离的原因,证实杂质种类、杂质电荷数和杂质浓度的不同,是引起同位素质量依赖发生改变的重要原因.结果证实并解释了不同参数条件下托卡马克同位素定标的差异性.研究成果可以为ITER实验安排及杂质相关输运实验中选择装置材料、工作气体和设置其他参数提供理论参考.