欧洲—美国聚变等离子体输运专题讨论会

本文概述了欧洲－美国（ＥＵ－ＵＳ）聚变等离子体中输运专题讨论会的论文。该会议于１９９８年９月７日－１０日在瑞典哥德堡召开。本文的编排反映了会议本身的安排，即６次分会：芯部输运定标、仿星器－ＲＦＰ－托卡马克的比较、起伏、改善的约束、瞬态输运以及边缘－芯部相互关系。     

第6届欧洲聚变物理会义报告

第６届欧洲聚变物理会议于１９９８年１２月在法国的卡达拉奇（Ｃａｄａｒａｃｈｅ）召开，该次会议由卡达拉奇ＣＥＡ－Ｅｕｒａｔｏｍ联合承办，并由欧洲委员会资助。该会议的主要议题是等离子体边缘物理及其芯部等离本行为的关系。详细讨论了对未来的磁约束等离子体研究要极其重要的４个主题：边缘物理及删削层物理中湍流的作用，边缘物理和芯部约束之间的关系，偏滤器几何结构对等离子体行为的影响及等离子体－壁相互作用中瞬态和     

环形约束的课题

我们在本文中将着重阐述了与磁约束的下列两个概念特别有关的一些课题：２维（托卡马克）系统和３维（螺旋）系统，第２节将提出聚变的主要目标，密度，约束和温度，我们将总结密度极限，总体约束时间与工程参数及在边缘（Ｈ模式）和芯部输运势垒（反向剪切情况）对改善约束状态的某些物理因素的定标关系，与温度有关的进展来源于ＴＦＴＲ中α粒子加热的证据和从Ｗ７－ＡＳ中得到某种证实的螺旋系统中漂移优化的成功，在讨论聚变第二     

JT—60U的高性能和电流驱动实验

本文报导了日本原子能研究所托卡马克－６０改进的最新高聚变三乘积和电流驱动实验结果。在一种更进一步改善的约束模式中，聚变三乘积达１．１×１０＾２１ｍ＾－３．ｓ．ｋｅＶ，在这种模式中，边缘区约束和芯部区约束都有改善。     

接近／在输运位垒出现的MHD不稳定性

在有输运位垒的位形中，改善的边缘和芯部约束导致大的压强梯度和大的边缘举电流密度，它们往往驱动终止放电或降低放电性能的磁流体动力学（MHD）不稳定性。边缘和芯部输运位垒变环或者完全丧失。在本文中，总结最近善于接近／在边缘和芯部输运位垒时出现的MHD不稳定性的实验和理论进展，重点是主要不稳定性和与理论的比较。     

关于聚变等离子体中输运、输运位垒物理的EU—US输运特别工作组讨论会

这篇会议报告总结2000年9月4－7日在意大利瓦伦纳举行的关于在聚变等离子体中输运，输运位垒物理的EU（欧盟）－US（美国）讨论会的稿件，讨论会的重点是输运位垒，讨论会分四个部分：输运位垒物理，关于位垒的MHD效应，湍流及芯部输运，本报告是以相同的方式组织的。     

点火托卡马克等离子体芯部的新经典杂质输运

在假设杂质通量受新经典输运支配的条件下研究了点火聚变堆（ITER FDR）芯部的杂质行为。估计两种温度分布的平衡杂质分布，并与芯部扩散系数为Dan=0.5m^2/s的纯反常扩散结果作了比较。将所有相关等离子体粒种的碰撞考虑进去，计算了新经典通量。芯部的扩散系数低于0.1m^2/s，并随杂质Z的增加而减小。平均漂移速度总是向外，并引起对高Z元素的有效屏蔽。由于扩散系数小，芯部的He浓度分布猛烈上升。轴上氢浓度为CHe≈15%-17%。与用纯反常输运和CHe≈9%的轴上氦浓度作出的计算结果相反，He密度不仅由再循环边缘源确定而且由低的芯部输运、增强的稀释和减小的聚变源的相互作用确定。增强的稀释使总的聚变功率下降8%--11%。当Dan^He=0.2m^2/s的氦有一个附加反常芯部扩散，He的中心浓度下降到CHe≈10%。     

TEXTOR—94中不同约束状态下的氖辐射效率

对于氖种籽放电，线性地取决于有效氖冷却率并能够被看作是氖辐射效率的一个量度的量[Δrad/ΔZeff(0)]/neo^2对于给出的装置不是一个常量，当按照运行模式[ΔPrad/ΔZeff(0)]no^2大时，在低Zeff下可有效地实现辐射功率排出，这个比值我们称作氖冷却品质，发现它不仅与等离子体边缘温度相关而且甚至更强地与放电的约束性能相关，已比较了TEXTOR－94中两种不同的离约束辐射状态：辐射改善（RI）模式（最高约束）和喷气／纯射频模式（略低约束），尽管由于输入功率水平的反馈控制使得电子温度分布在两种状态下是相似的，但是实验上已现现氖冷却品质在RI模式下比在喷气／纯射频模式下低，在用独立的诊断设备和方法确定的剩余固有碳的冷却品质中已观察到类似的特性，用自洽RITM牟模拟证明，粒子输运，尤其是边缘垂直扩散率，是在等离子体芯部给定的杂质浓度下确定边缘辐射功率水平的一个关键参数。     

在FT—2托卡马克中在转变成改善的约束模式时SOL等离子体中的过程

对托卡马克削删层（SOL）中的过程的研究表明，周边效应对等离子体芯部的约束参数有直接影响。本文说明实验观测到的由低混杂（LH）加热氢等离子体引起的输运位垒形成。在最后闭合通量面（LCFS）附近和在SOL中的实验数据是用一个增强的可移动多电极朗缪尔探针和一种由辅助氦吹气改装的空间分辨的光谱技术获得的。边缘诊断表明，在LCFS附近径向电场和等离子体参数发生强的变化。在等离子体边缘的改变是由高LH离子加热引起的。发现，L-H转换伴随有在SOL中和在限制器阴影区域极向和径向等离子体参数分布明显的重建。     

有输运位垒的高性能等离子体中的输运

在近期的托卡马克实验中，获得了几种高性能等离子体，一种是由Ｌ（低）到Ｈ（高）的转变触发的Ｈ（高）模式。在这种情形下，输运位垒是在边缘区域产生的。得到的高约束等离子体由定标律的回旋博姆型输运表征。另一种是在接近安全因子分布的最小点的内区域有输运位垒的负（中心）剪切或（增强的）反向剪切模式。     

TFTR快约束α粒子的测量

本文报道聚变等离体中快约束α粒子能量分布的首批测量结果，弹丸电荷交换技术证明，在ＴＦＴＲ等离子体芯部聚变产生的α粒子经典慢化，而且好象是充分约束的，初步迹象是：随机波纹效应是造成等离子体芯部外的能量分布变陡的原因，在束加热后等离子体衰减期间数据表明快α粒子的锯齿混合。     

JT—60U中具有内输运垒的反剪切等离子体的能量约束定标

基于JT-60U数据研究具有箱型内输运垒(ITB)和L模边缘的反剪切等离子体的能量约束定标。储能分成两个部分：L模基础部分相被ITB围着的芯部部分。芯部储能Wcore不仅仅随净加热功率Pnet而增加。芯部储能的定标可表示为Wscale＝Cε^-1fB^2p,fVcore，其中εf是ITB底部的反环径比，Bp,f是外中平面ITB底部的极向磁场，Vcore是ITB底部内部的芯部体积。该定标等于芯部极向β的条件，即εfβp,core＝C1，其中C1≈1／4。尽管Wcore几乎是与Pnct。无关的，但是估算的ITB区域的热扩散率在一定程度上与新经典扩散率有关，而且新经典输运与该数据是一致的。讨论了该定标的物理背景。     

欧洲联合环（JET）上的高密度、高性能高约束模等离子体

欧洲联合环上最近的实验[Rebut等人，《聚变工程与设计》22，7(1993)]目的是改善高密度的高约束模(H模)等离子体中的约束质量。通过强等离子体成形(三角形变度0．35＜δ＜0.5)、杂质植入和强场侧弹丸注入这三种方法已获得了如在密度接近或超过85％Grccnwald密度极限定标时由国际热核实验堆ITER—H98（7，2），定标预计的能量约束时间。观测到在约束末变差的情况下中心密度缓慢峰化。通过中心离子回旋共振加热可阻止锯齿损失和芯部杂质累积。在大三角形变度和杂质植入等离子体中，发现与Ⅰ型边缘定城模(ELMs)有关的平均功率损失的减小是因为在ELMs之间发生了附加损失。观炽到宽带磁起伏，这使我们想起其它托卡马克上有小ELMs的情况。已改变等离子体位形以寻找边缘坪项参数和小ELM损失的最佳组合。     

Tore Supra中全域碳产生和输运

在小Ｔｏｒｅ Ｓｕｐｒｅａ等离子体中已杂质产生和输运。对于这种等离子体，唯一的杂质源是一个外侧孔栏。主要诊断设备是一个可见内视镜，它能对在所选波下要得到的整个孔栏的ＣＣＤ相机象进行绝对强度校准。实验结果表明，尽管化学溅射是解释孔栏象必不可少的，但它对中心杂质含量的贡献不大。用３维蒙特卡罗边缘杂质代码ＢＢＱ和１维Ｔｏｒｅ Ｓｕｐｒａ芯部杂质输运代码一起模拟了实验边缘碳通量和芯部等     

ITER容器内部件设计概述

国际热核实验堆（ＩＴＥＲ）的工程设计工作（ＥＤＡ）现在正进入第三年，已经进入了包括重要装置参数的技术条件和主要装置子系统的概念设计在内的初步设计。实现点火的前景是良好的，因为只要求Ｈ模式因子为１．３。然而，产生试验计划所必需折持续燃烧取决于稳态氦含量，此含量又依赖于芯部粒子输运和偏滤器的排氦效率。１５％的稳态氦含量要求Ｈ模式因子为２，以维持燃烧。已提出了偏滤器的新概念，它主要依赖于通过辐射排出功率     

在环形磁约束装置中边缘—等离子体涨落的频谱经验相似性

本文比较了在不同聚变装置（托卡马克和仿星器）的等离子体边缘测量的离子饱和电流、悬浮电位及湍流输运的涨落的频谱。所有的谱表明，在我们研究的全频范围内，行为特征相同，这一现象支持等离子体湍流或湍流输运的共性。获得的结果是边缘－等离子体湍流向临界态演变的说明，这一过程不依赖于装置尺寸和等离子体特性。     

JET中的内部输运垒放电及其对边缘条件的灵敏度

几次JET实验致力于研究具有内部输运垒（ITB）的稳态放电，ITB形成于放电电流的上升阶段，放电是在芯部具有低磁剪切[=r/q(dq/dr)]和附加的高加热功率条件下进行，为了得到在高压力峰值下稳定性与破裂的关系，这在ITB放电中是典型的，可以加宽在等离子体边缘有H模输垒的压力分布。但是，由于在ITB处旋转剪切和压力梯度的减小，无ELM H模期间边缘压力的大幅增大削弱了ITB。另外，H模阶段I型ELM活性导致JET中现有输入功率（达28MW）时ITB的崩塌，通过控制输入功率减小芯部压力以及利用氩气剂量控制等离子体的边缘压力，获得了最佳ITB放电，在大约30％－40％Greenwald密度的线平均密度下，这些放电达到了H97约束增强因子（τE／τE.ITER97,定标）为1．2－1．6时若干能量约束时间（τE）的稳态条件，利用添加的氘气剂量或浅弹丸加料增大密度导致了ITB削弱，为了维持高密度下的ITB，应在等离子体边缘保持Ⅲ型ELMS，给出未来JET实验的范围。     

JET H,D,D—T和T等离子体中的H模式功率阈和约束

在联合欧洲环（ＪＥＴ）的氢、氚和氚等等离子体的专门实验中，对Ｈ模式功率阈和能量约束时间的同位素相关性作了研究。结果指出：（１）Ｈ模式功率阈反比于等离子的有效同位素质量Ｍ；（２）于Ｌ－Ｈ模式转换时的边缘电子基座温度按Ｍ＾－０．５定标；（３）倘若诸如电流、磁场、密度、功率和几何形态等工程参数保持不变，则整体的热能约束时间τｔｈ不强烈地依赖于Ｍ，即在欧姆、Ｌ模式、边缘局域模（ＥＬＭｙ）和无ＥＬＭＨ模式约     

氘—氚托卡马克等离子体中约束α分布的测量

在ＴＦＴＲ托卡马克氘－氚等离子体芯部，α密度为３×１０＾１６ｍ＾－３时，用光谱测量术观察了能量≤０．７ＭｅＶ的聚变产生的α粒子。在无锯齿放电期间，在ｒ／ａ＝０．３处所测得的能谱与基于碰撞输运所预计的能谱完全一致。在α源关闭之后，α热化期间时间分辨测量表明，分布函数衰减到较低能量是与经典慢化时间０．５ｓ一致的。     

TFTR中氘—氘聚变产物的反常损失

在TFTR^[1]中类a氘－氘（D－D）聚变产物至少有三种反常损失：（1）与米尔诺夫振荡和鱼骨型振荡以及锯齿崩溃有关的磁流体动力学（MHD）引起的D－D聚变产物的损失；（2）在无大的MHD活性时发生的部分热化D－D聚变产物慢的“延迟”损失；（3）在直接的电子加热实验期间，也可能在少数类^3He加热期间观察到的离子国顺旋共振加热（ICRH）引起的D－D 聚变产物损失。本文对上述三种情况都将评论 ，重点在由MHD活性引起的最大反常损失的那些方面。把实验结果与各种聚变产物输运机制的数值模型作了比较。